Synthesis, characterization and functionalization of highly biocompatible Chitosan and Type B Gelatin nanoparticles with cellular translocation capabilities

Las nanopartículas (NPs) han surgido como soportes para crear potentes vehículos que penetran en las células para ayudar a superar los problemas de la baja permeabilidad de agentes farmacológicos específicos. Uno de los desafíos más importantes de las NPs es penetrar la membrana celular y evitar las...

Full description

Autores:
González Melo, Cristina
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/55059
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/55059
Palabra clave:
Buforin II
Chitosan
Gelatin
FTIR
TGA
Microscopy
Biocompatibility
Translocation
Antioxidant activity
Ingeniería
Rights
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License
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description Las nanopartículas (NPs) han surgido como soportes para crear potentes vehículos que penetran en las células para ayudar a superar los problemas de la baja permeabilidad de agentes farmacológicos específicos. Uno de los desafíos más importantes de las NPs es penetrar la membrana celular y evitar las vías endocíticas. Las NPs de gelatina y quitosano se han usado ampliamente en aplicaciones biomédicas debido a su alta biocompatibilidad y biodegradabilidad. Aquí, propusimos funcionalizar las NPs de gelatina tipo B y quitosano, sintetizadas por métodos de alta eficiencia, con el péptido translocador y antimicrobiano Buforina II, para producir nanobioconjugados de penetración celular excepcionalmente potentes. Esto fue para complementar nuestra ya exitosa plataforma de nanovehículos basada en magnetita con soportes poliméricos altamente biodegradables y biocompatibles. Las NPs de gelatina (GNPs) se sintetizaron por el método de doble desolvatación y las NPs de quitosano (CNPs) por el método de gelación iónica. Los nanobioconjugados obtenidos se caracterizaron mediante espectroscopía por transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Sus diámetros hidrodinámicos y potenciales zeta superficiales se estimaron mediante dispersión dinámica de luz (DLS). Los diámetros hidrodinámicos de GNPs y CNPs fueron de 244 nm y 373 nm, respectivamente. Los resultados de FTIR y TGA confirmaron su correcta síntesis y funcionalización. Los resultados del potencial zeta indicaron una estabilidad coloidal aceptable. Se probó su biocompatibilidad para asegurar su aplicabilidad como agentes penetrantes de células. Los nanobioconjugados mostraron una baja actividad hemolítica, una baja tendencia a inducir la agregación plaquetaria y una baja citotoxicidad en la línea celular THP-1. Los análisis de colocalización mostraron una alta cobertura del área intracelular.
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Uno de los desafíos más importantes de las NPs es penetrar la membrana celular y evitar las vías endocíticas. Las NPs de gelatina y quitosano se han usado ampliamente en aplicaciones biomédicas debido a su alta biocompatibilidad y biodegradabilidad. Aquí, propusimos funcionalizar las NPs de gelatina tipo B y quitosano, sintetizadas por métodos de alta eficiencia, con el péptido translocador y antimicrobiano Buforina II, para producir nanobioconjugados de penetración celular excepcionalmente potentes. Esto fue para complementar nuestra ya exitosa plataforma de nanovehículos basada en magnetita con soportes poliméricos altamente biodegradables y biocompatibles. Las NPs de gelatina (GNPs) se sintetizaron por el método de doble desolvatación y las NPs de quitosano (CNPs) por el método de gelación iónica. Los nanobioconjugados obtenidos se caracterizaron mediante espectroscopía por transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Sus diámetros hidrodinámicos y potenciales zeta superficiales se estimaron mediante dispersión dinámica de luz (DLS). Los diámetros hidrodinámicos de GNPs y CNPs fueron de 244 nm y 373 nm, respectivamente. Los resultados de FTIR y TGA confirmaron su correcta síntesis y funcionalización. Los resultados del potencial zeta indicaron una estabilidad coloidal aceptable. Se probó su biocompatibilidad para asegurar su aplicabilidad como agentes penetrantes de células. Los nanobioconjugados mostraron una baja actividad hemolítica, una baja tendencia a inducir la agregación plaquetaria y una baja citotoxicidad en la línea celular THP-1. Los análisis de colocalización mostraron una alta cobertura del área intracelular.Nanoparticles (NPs) have emerged as supports to create potent cell-penetrating vehicles to help overcome issues of the low permeability of specific pharmacological agents. However, one of the most significant challenges of NPs is to penetrate the cell membrane and avoid endocytic pathways. Gelatin and chitosan nanoparticles have been widely used in biomedical applications due to their high biocompatibility and biodegradability. Here, we proposed functionalizing Chitosan and Type B Gelatin NPs synthesized by high-efficiency methods with the translocating and antimicrobial peptide Buforin II to produce exceptionally potent cell-penetrating nanobioconjugates. This was to complement our already successful magnetite-based nanovehicle platform with highly biodegradable and biocompatible polymeric supports. Gelatin nanoparticles (GNPs) were synthesized by the double desolvation method and the chitosan nanoparticles (CNPs) by the ionic gelation method. The obtained nanobioconjugates were characterized by Fourier transform spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). Their hydrodynamic diameters and surface zeta potentials were estimated via dynamic light scattering (DLS). GNPs and CNPs hydrodynamic diameters were about 244 nm and 373 nm, respectively. FTIR and TGA results confirmed their correct synthesis and functionalization. The zeta potential results indicated acceptable colloidal stability. Their biocompatibility was tested to assure their potential applicability as cell-penetrating agents. The nanobioconjugates showed low hemolytic activity, a low tendency to induce platelet aggregation, and low cytotoxicity in THP-1 cell line. Colocalization analyses with Lysotracker green® did not show endosome escape but almost complete intracellular coverage for both cell lines, which suggested the interplay of various internalization mechanisms.Magíster en Ingeniería BiomédicaMaestría36 páginasapplication/pdfspaUniversidad de los AndesMaestría en Ingeniería BiomédicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería BiomédicaSynthesis, characterization and functionalization of highly biocompatible Chitosan and Type B Gelatin nanoparticles with cellular translocation capabilitiesTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMBuforin IIChitosanGelatinFTIRTGAMicroscopyBiocompatibilityTranslocationAntioxidant activityIngeniería201423625Publicationhttps://scholar.google.es/citations?user=2vO8IrIAAAAJvirtual::12087-10000-0001-7251-5298virtual::12087-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001574664virtual::12087-110c65e28-e393-4bfe-91e5-f3a7d32e6771virtual::12086-17bc6dc94-4e9c-4245-8b42-9f7dbc69de83virtual::12087-108e6fb24-9779-48fb-a099-eac8212a566dvirtual::12088-110c65e28-e393-4bfe-91e5-f3a7d32e6771virtual::12086-17bc6dc94-4e9c-4245-8b42-9f7dbc69de83virtual::12087-108e6fb24-9779-48fb-a099-eac8212a566dvirtual::12088-1TEXT25589.pdf.txt25589.pdf.txtExtracted texttext/plain120558https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/e1d290b7-a0c8-409b-8b37-4392aaadf2b5/downloadae26a25b764a0c7263b8f4238e5ba292MD52THUMBNAIL25589.pdf.jpg25589.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8858https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/a67d8abd-a7b6-4448-a6b5-fdad9eb63d16/download6abe5a7e035da6aea40b629ba0e406cfMD53ORIGINAL25589.pdfapplication/pdf2461610https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/deeb04de-8379-47fd-8753-9e224969e24c/download19655408a98c6d7eb5f990fc2d6d6b43MD511992/55059oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/550592024-03-13 14:35:42.842http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/restrictedhttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co