Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/1822/72802

TitleFish sarcoplasmic proteins as biomaterial for biomedical applications
Author(s)Vieira, Sara Filipa Fontoura
Advisor(s)Neves, N. M.
Martins, Albino
KeywordsCodfish
Sarcoplasmic proteins
Extraction
Physico-chemical characterization
Spin coater
Membranes
Bacalhau
Proteínas sarcoplasmáticas
Extração
Caracterização físico-química
Membranas
Issue date2016
Abstract(s)In 2014, fish captures and aquaculture supplied ca. 167 million tonnes of fish, of which about 87% were used for human food and 10% was destined for fishmeal and fish oil. The remain 3% is waste that can be used as raw material for direct feeding in aquaculture. Fish sarcoplasmic proteins (FSP) are soluble in water. Large quantities of those proteins are discarded as part of the waste water resulting from fish surimi preparation. FSP constitutes around 25-30% of the total fish muscle protein. FSP comprise heme proteins and enzymes, which are associated with the energy-producing metabolism of the muscle. Herein, FSP from codfish (Gadus morhua) were isolated, resulting in FSP extracts. Both FSP extracts and membranes were physicochemically characterized and their cytocompatibility with human lung fibroblasts (MRC-5 cell line) was also evaluated. By SDS-PAGE, it was possible to define the composition of FSP extracts. From the differential scanning calorimetry (DSC) thermograms, it was possible to define that FSP denature at 44.12 ± 2.34˚C. By circular dichroism (CD) spectroscopy, it was possible to defined that the secondary structure of FSP is mainly composed by α-helix structures. For concentrations lower than 10 mg/mL, no cytotoxicity was observed over 72h of culture. Further on, the FSP extracts were processed into FSP membranes by the spin coating. FSP membranes shown an uniform surface when analyzed by scanning electron microscopy. By CD spectrum, it was verified an increase in the amount of α-helix structures. The FSP membranes were more stable than the FSP extracts, since the denaturation temperature was higher as determined by DSC. FSP membranes were hydrophobic, with a surface zeta potential of -33.4 mV, showing distinctive mechanical properties, with a stiffness of 16.57 ± 3.95 MPa and a yield strength of 23.85 ± 5.97 MPa. Human fibroblasts cultured in direct contact with FSP membranes demonstrate their cytocompatibility until 48h. Based on these results, FSP can be considered a potential biomaterial recovered from the waste water of fish, constituting a pool of enzymes that has potential interest for wound healing applications.
Em 2014, a captura de peixes e a aquacultura forneceram aproximadamente 167 milhões de toneladas de peixe, das quais 87% foram para consumo humano e 10% destinado a farinhas e óleos de peixes. Os restantes 3% são considerados desperdício, que podem ser utilizados como alimento direto na aquacultura. As proteínas sarcoplasmáticas de peixe são solúveis em água, pelo que grandes quantidades são descartadas juntamente com a água desperdiçada durante a preparação das delícias do mar. As proteínas sarcoplasmáticas constituem cerca de 25-30% das proteínas totais do músculo. Estas proteínas são compostas por proteínas heme e enzimas, que estão associadas com a produção de energia no músculo. Assim, as proteínas sarcoplasmáticas do bacalhau (Gadus morhua) foram isoladas, dando origem a extratos de proteínas sarcoplasmáticas. Tanto os extratos como as membranas foram caracterizados física e quimicamente e a sua citocompatibilidade foi avaliada com fibroblastos do pulmão humano (linha celular MRC-5). Pelo SDS-GE foi possível definir a composição dos extratos das proteínas sarcoplasmáticas. Pelo termograma da calorimetria diferencial de varrimento (DSC) foi possível definir que os extratos desnaturam a 44.12 ± 2.34˚C. Pela dicroísmo circular (CD) verificou-se que a estrutura secundária dos extratos era composta maioritariamente por estruturas α-hélices. Os extratos não apresentaram citotoxicidade para concentrações inferiores a 10 mg/mL durante 72h de cultura. Neste sentido, os extratos foram processados em membranas por spin coating. As membranas compostas por proteínas sarcoplasmáticas foram analisadas através de microscopia eletrónica de varrimento, verificando-se que a superfície era uniforme. Pela análise do espectro de CD, notou-se um aumento na quantidade de estruturas α-hélices. As membranas foram mais estáveis que os extratos, uma vez que temperatura de desnaturação foi superior, como determinado pelo DSC. As membranas foram hidrofóbicas, com uma carga de superfície de -33.4 mV. Por outro lado, apresentaram propriedades mecânicas distintivas, com uma rigidez de 16.57 ± 3.95 MPa e uma tensão de cedência de 23.85 ± 5.97 MPa. Os fibroblastos de pulmão humano cultivados em contacto direto com as membranas demostraram citocompatibilidade até 48h. Com base nestes resultados, as proteínas sarcoplasmáticas de peixe, constituídas maioritariamente por enzimas, podem ser consideradas um potencial biomaterial recuperado das águas residuais dos peixes, com um potencial de interesse para cicatrização de feridas.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica)
URIhttps://hdl.handle.net/1822/72802
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado

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