Las macromoléculas biológicas son componentes fundamentales de cada célula y, por lo tanto, esenciales para toda forma de vida.Estas moléculas vitales se categorizan en cuatro clases principales: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Es importante caracterizar las macromoléculas biológicas para entender sus funciones y relaciones, que empodera el desarrollo de nuevas terapias y tratamientos. Bajo esta rama de la investigación en macromoléculas, la terapia de fármacos bioterapéuticos se centra en las interacciones macromoleculares, que pueden traducirse en enfermedad y / o la muerte celular.

La microcalorimetría, una subcategoría del análisis térmico, es una técnica para medir la entalpía y los cambios en la capacidad térmica durante las reacciones.Dos técnicas de calorimetría, la calorimetría diferencial de barrido (DSC) y la calorimetría de análisis volumétrico isotérmico (ITC), son los métodos estándar para caracterizar la unión intermolecular de las macromoléculas y la estabilidad estructural. La caracterización biofísica por microcalorimetría elucida la relación que existe entre la estructura y la función de la macromolécula biológica. Las uniones termodinámicas que se obtienen con estos ensayos no solo revelan la resistencia de un evento de unión, sino las fuerzas motrices específicas y no específicas involucradas.

Los calorímetros de escaneo diferencial (DSC) caracterizan la estabilidad molecular de biomoléculas diluidas en soluciones. Se logra este análisis determinando los cambios de la capacidad térmica molar parcial de la proteína a presión constante (∆Cp). Con estas mediciones, los DSC pueden caracterizar las estructuras de las proteínas, así como la unión específica o no específica proteína-ligando. Los perfiles de estabilidad estructural de la DSC revelan las fortalezas y las debilidades en la estructura de orden más alto y definen el comportamiento de los dominios individuales y sus interacciones.

El DSC se ha vuelto una herramienta de diagnóstico especial y complementaria para identificar y monitorear el avance de la enfermedad. Las mediciones por DSC también desempeñan un papel clave en los paneles de ensayo de descubrimiento de fármacos, formulación e I&D-

Los calorímetros de análisis volumétrico isotérmico fueron concebidos para caracterizar cualquier interacción molecular midiendo directamente las fuerzas motrices termodinámicas del sistema. Todos los eventos de unión van acompañados de la evolución o absorción del calor (un cambio en la entalpía, ΔH). En un solo experimento de ITC puede obtenerse una caracterización termodinámica completa de las reacciones de unión.

Cada vez se utiliza más el ITC para describir de forma cuantitativa los sistemas de proteínas a nanomateriales. Asimismo, las mediciones de ITC pueden ayudar a caracterizar las fuerzas motrices fundamentales de las reacciones de unión molecular. Cuando estas reacciones absorben o emanan calor, el ITC cuantifica el calor de la reacción para brindar una descripción termodinámica completa de la interacción de unión, la estequiometria de unión y la asociación constante. El análisis ITC también puede caracterizar y monitorear la reacción cinética de las enzimas en tiempo real.

El Nano DSC de TA Instruments fue diseñado para mediciones ultra sensibles del calor que absorben o despiden las biomoléculas diluidas en solución cuando se calientan o enfrían. El Nano DSC obtiene datos utilizando menos muestras que los diseños de la competencia y su interfaz flexible de adquisición de datos permite una configuración sencilla del experimento siempre con mediciones exactas. Los usuarios tienen el control específico de la temperatura y presión experimentales y las células de muestra capilar continuas de DSC permiten determinaciones completas y exactas de las temperaturas de transición (Tm) y entalpía (ΔH).

Los calorímetros de Affinity ITC y Nano ITC de TA Instruments funcionan con la máxima sensibilidad y flexibilidad única para la caracterización de cualquier interacción molecular. Los análisis ITC son rápidos, precisos, no destructivos, compatibles con los sustratos fisiológicos y sintéticos, y son tan sensibles como las técnicas espectroscópicas, pero no exigen etiquetas espectroscópicas ni tags químicos. La valoración continua por inyección simple es una alternativa atractiva al ITC de valoración incremental tradicional para filtrado rápido de sistemas bien definidos.

Combinar DSC con ITC permite un abordaje directo para determinar la estabilidad y afinidad a través de la termodinámica. Dado que los archivos sin procesar de DSC e ITC se analizan por medio del mismo software de análisis, NanoAnalyze, procesar los datos complementarios para un estudio integral de materiales es algo fluido.

Para más información acerca del DSC e ITC para la caracterización macromolecular, consulte esta guía de BioCompare. Si tiene preguntas acerca de estos instrumentos y cómo se ajustan a sus necesidades de ensayo, no dude en comunicarse con TA Instruments.