Sílicas mesoporosas ordenadas, como a SBA-15, são excelentes suportes para o encapsulamento de proteínas, principalmente por possuírem propriedades texturais e estruturais ajustáveis, bem como a possibilidade de modificação de sua superfície quimicamente. Já é conhecido que a SBA-15 pode proporcionar às proteínas maior estabilidade estrutural e/ou funcional quando expostas a condições desnaturantes, sendo tal aspecto protetor essencial para seu uso em aplicações terapêuticas. Além disso, nos últimos anos, as propriedades adjuvantes da SBA-15 também vêm sendo estudadas por meio da incorporação de proteínas e domínios antigênicos para produção de vacinas, incluindo as formulações orais. Contudo, para aplicações seguras e eficazes, alguns desafios relacionados às particularidades de cada processo de incorporação devem ainda ser superados, sendo importante a realização de estudos que visam as caracterizações dos híbridos produzidos com proteínas distintas. Neste trabalho, três proteínas representantes de diferentes classes hierárquicas de estruturas proteicas (toda-alfa, toda-beta e com baixo conteúdo regular) foram individualmente incorporadas em partículas de SBA-15 em duas razões sílica:proteína (10:1 e 5:1, em massa), a fim de avaliar a adsorção e possíveis alterações estruturais nas proteínas incorporadas. As estruturas secundárias das proteínas em soluções aquosas foram previamente analisadas pela espectroscopia de dicroísmo circular (CD) convencional e pelo CD com radiação síncrotron sob diferentes condições de temperatura e pH. Estas análises estabeleceram os limites de estabilidade térmica destas proteínas (até 40 °C em solução pH 7,0) que foram considerados durante o procedimento de incorporação. As caracterizações das partículas de SBA-15 foram realizadas pelas técnicas Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM), Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS) e por medidas de Isotermas de Adsorção de Nitrogênio (NAI) que indicaram partículas com grande área superficial (781,5 m²/g) e alto volume de poros (1,5 cm³/g). Independente da proteína imobilizada, o processo de incorporação reduziu os parâmetros texturais em 20 a 30% nos compósitos, quando considerado o efeito da competição com os íons na solução tampão. Medidas de SAXS sugeriram a presença de estados oligoméricos maiores (e/ou possíveis estados agregados) que podem estar relacionados com a concentração de proteína utilizada durante os processos de incorporação. Análises Termogravimétricas (TG) indicaram que o processo de degradação das proteínas incorporadas é iniciado em temperaturas maiores (20 a 30°C) em decorrência de novas interações intermoleculares estabelecidas entre elas e a superfície da sílica. Análises de Espectroscopia vibracional na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) sugerem que a estrutura secundária predominante para cada proteína foi conservada nos compósitos. Ainda, análises de fluorescência indicaram que os resíduos de triptofano estão, de modo geral, mais protegidos de interações com o ambiente aquoso. Com base nestes resultados, a SBA-15 sintetizada se mostrou adequada para o suporte dos três modelos proteicos avaliados.

Ordered mesoporous silicas, such as SBA-15, are excellent carriers for protein encapsulation, mainly because they have adjustable textural and structural properties, as well as the possibility of chemically modifying their surface. It is already known that SBA-15 can provide proteins with greater structural and/or functional stability when exposed to denaturing conditions, and this protective aspect is essential for their use in therapeutic applications. In addition, in recent years, the adjuvant properties of SBA-15 have also been studied through the incorporation of proteins and antigenic domains for vaccine production, including oral formulations. However, for safe and effective applications, some challenges related to the particularities of each incorporation process must still be overcome, and it is important to carry out studies aimed at the characterization of hybrids produced with different proteins. In this work, three proteins representing different hierarchical classes of protein structures (all-alpha, all-beta and low regular content) were individually incorporated into SBA-15 particles in two silica: protein ratios (10:1 and 5:1, w/w), in order to evaluate the adsorption and possible structural changes in the incorporated proteins. The secondary structures of proteins in aqueous solutions were previously analyzed by conventional circular dichroism (CD) spectroscopy and by CD with synchrotron radiation under different conditions of temperature and pH. These analyzes established the thermal stability limits of these proteins (up to 40 °C in pH 7.0 solution) that were considered during the incorporation procedure. The characterizations of SBA-15 particles were performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), Low Angle X-Ray Scattering (SAXS) and by Nitrogen Adsorption Isotherms (NAI) measurements, which indicated particles with large surface area (781.5 m²/g) and high pore volume (1.5 cm³/g). Regardless of the immobilized protein, the incorporation process reduced the textural parameters by 20 to 30% in the composites, when considering the effect of competition with ions in the buffer solution. SAXS measurements suggested the presence of higher oligomeric states (and/or possible aggregate states) that can be related to the protein concentration used during the incorporation processes. Thermogravimetric (TG) analyzes indicated that the degradation process of incorporated proteins is initiated at higher temperatures (20 to 30°C) as a result of new intermolecular interactions established between them and the silica surface. Fourier Transform Infrared (FTIR) vibrational spectroscopy analyzes suggest that the predominant secondary structure for each protein was conserved in the composites. Furthermore, fluorescence analyzes indicated that tryptophan residues are, in general, better protected from interactions with the aqueous environment. Based on these results, the synthesized SBA-15 presented suitable characteristics as support for the three protein models. From these results, the synthesized SBA-15 proved to be adequate to support the three protein models evaluated.