Design and manufacture of a low-cost microfluidic platform for the synthesis of giant liposomes for the encapsulation and separation of yeasts: Applications for the screening of membrane-active peptides

El descubrimiento de nuevos péptidos con actividad de membrana (MAPs) es un área de considerable interés en la biotecnología moderna, debido su amplia aplicabilidad en varios campos que van desde el desarrollo de nuevos vehículos de administración (a través de péptidos que penetran en las células) h...

Full description

Autores:
Gómez Tinoco, Saúl Camilo
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/55215
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/55215
Palabra clave:
Plataforma microfluídica
Síntesis
Ingeniería
Rights
openAccess
License
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description El descubrimiento de nuevos péptidos con actividad de membrana (MAPs) es un área de considerable interés en la biotecnología moderna, debido su amplia aplicabilidad en varios campos que van desde el desarrollo de nuevos vehículos de administración (a través de péptidos que penetran en las células) hasta dar respuesta a la amenaza latente de la resistencia a los antibióticos (a través de péptidos antimicrobianos). Teniendo esto en cuenta, se han ideado diferentes estrategias para dicho proceso de descubrimiento. Sin embargo, todas estas resultan ser laboriosas y en gran medida ineficientes, lo que ha llevado al desarrollo de plataformas de cribado de alto desempeño (HTS). Este enfoque resuelve estas limitaciones pero aumenta considerablemente los costos asociados al proceso. En consecuencia, se han propuesto rutas alternativas basadas en la construcción de bibliotecas diseñadas de forma no racional expresadas de forma recombinante en las superficies de las levaduras. Sin embargo, un desafío importante es realizar un HTS robusto de posibles candidatos con actividad de membrana. Por el contrario, el uso de plataformas microfluídicas capaces de llevar a cabo reacciones en nanoescala presenta una alternativa prometedora para identificar nuevos MAPs. Por lo tanto, este proyecto tiene como objetivo desarrollar e implementar una plataforma microfluídica de bajo costo para sintetizar vesículas unilamelares gigantes (GUVs) como entidades que imitan membranas celulares. Además, se busca crear un dispositivo microfluídico para proporcionar un contacto íntimo entre los GUVs sintetizados y unas micropartículas de quitosano funcionalizadas con el péptido Buforina II que sirven como homólogos de levaduras que expresan MAPs. Finalmente, establecer estrategias para aislar potenciales candidatos. Las plataformas microfluídica fueron evaluadas tanto in silico como in vitro demostrando resultados prometedores para el diseño de la librería no racional de MAPs.
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Teniendo esto en cuenta, se han ideado diferentes estrategias para dicho proceso de descubrimiento. Sin embargo, todas estas resultan ser laboriosas y en gran medida ineficientes, lo que ha llevado al desarrollo de plataformas de cribado de alto desempeño (HTS). Este enfoque resuelve estas limitaciones pero aumenta considerablemente los costos asociados al proceso. En consecuencia, se han propuesto rutas alternativas basadas en la construcción de bibliotecas diseñadas de forma no racional expresadas de forma recombinante en las superficies de las levaduras. Sin embargo, un desafío importante es realizar un HTS robusto de posibles candidatos con actividad de membrana. Por el contrario, el uso de plataformas microfluídicas capaces de llevar a cabo reacciones en nanoescala presenta una alternativa prometedora para identificar nuevos MAPs. Por lo tanto, este proyecto tiene como objetivo desarrollar e implementar una plataforma microfluídica de bajo costo para sintetizar vesículas unilamelares gigantes (GUVs) como entidades que imitan membranas celulares. Además, se busca crear un dispositivo microfluídico para proporcionar un contacto íntimo entre los GUVs sintetizados y unas micropartículas de quitosano funcionalizadas con el péptido Buforina II que sirven como homólogos de levaduras que expresan MAPs. Finalmente, establecer estrategias para aislar potenciales candidatos. Las plataformas microfluídica fueron evaluadas tanto in silico como in vitro demostrando resultados prometedores para el diseño de la librería no racional de MAPs.The discovery of unique membrane-active peptides (MAPs) is an area of considerable interest in modern biotech-nology, considering their ample applicability in several fields ranging from the development of novel delivery ve-hicles (via cell-penetrating peptides) to responding to the latent threat of antibiotic resistance (via antimicrobial peptides). Taking this into account, different strategies have been devised for such a discovery process. However, identifying these biomolecules can be laborious and largely inefficient, which has led to the development of high throughput screening platforms (HTS). This approach solves these limitations but considerably increases the costs associated with the process. Consequently, alternative routes based on the construction of non-rationally designed libraries recombinantly expressed on the yeasts¿ surfaces have been proposed. However, a significant challenge is to conduct a robust HTS of possible candidates with membrane activity. Conversely, the use of microfluidic plat-forms capable of carrying out nanoscale reactions presents a promising alternative to identify novel AMPs. There-fore, this project aims to develop and implement a low-cost microfluidic platform for synthesizing giant unila-mellar vesicles (GUVs) as mimicking entities of cell membranes. Also, we aimed at creating a microfluidic device for providing intimate contact between the synthesized GUVs and chitosan microparticles functionalized with the membrane translocating peptide Buforin II, which serves as homologs of yeasts expressing MAPs. Finally, to delineate strategies for isolating potential candidates via inertial particle focusing. The microfluidic platforms were evaluated both in silico (via Multiphysics simulations) and in vitro with a high agreement between the two approaches demonstrationg promising results for screening a non-rational library of MAPs.Magíster en Ingeniería BiomédicaMaestría40 páginasapplication/pdfengUniversidad de los AndesMaestría en Ingeniería BiomédicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería BiomédicaDesign and manufacture of a low-cost microfluidic platform for the synthesis of giant liposomes for the encapsulation and separation of yeasts: Applications for the screening of membrane-active peptidesTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMPlataforma microfluídicaSíntesisIngeniería201614644Publicationhttps://scholar.google.es/citations?user=6QQ-dqMAAAAJvirtual::12013-1https://scholar.google.es/citations?user=2vO8IrIAAAAJvirtual::12014-10000-0003-2928-3406virtual::12013-10000-0001-7251-5298virtual::12014-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000221112virtual::12013-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001574664virtual::12014-110c65e28-e393-4bfe-91e5-f3a7d32e6771virtual::12012-1a9f6ef37-65d7-4484-be71-8f3b4067a8favirtual::12013-17bc6dc94-4e9c-4245-8b42-9f7dbc69de83virtual::12014-108e6fb24-9779-48fb-a099-eac8212a566dvirtual::12015-110c65e28-e393-4bfe-91e5-f3a7d32e6771virtual::12012-1a9f6ef37-65d7-4484-be71-8f3b4067a8favirtual::12013-17bc6dc94-4e9c-4245-8b42-9f7dbc69de83virtual::12014-108e6fb24-9779-48fb-a099-eac8212a566dvirtual::12015-1TEXT25653.pdf.txt25653.pdf.txtExtracted texttext/plain118251https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/9457ddb7-ce02-4eaa-809c-e61c3ef272e2/download01c5d6820c0c132f71bd5b35e5e60ee1MD52THUMBNAIL25653.pdf.jpg25653.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg14063https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/9cef4ac0-ff4b-403a-a8c8-433d284653d9/download4f5d9d2cd99e0884d1ee42590d3c284aMD53ORIGINAL25653.pdfapplication/pdf2849805https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/5d22af58-50ae-494c-86d9-89e1936e98a4/download5f18dde0f8ff47f26604148f5e86e24aMD511992/55215oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/552152024-03-13 14:34:34.053http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/open.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co