Magnetic nanoparticle platform development for genetic edition of Parkinson's disease

La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad neurológica compleja sin opciones de tratamientos que modifiquen las causas de la enfermedad hasta la fecha. La terapia génica se convierte así en una alternativa para el tratamiento de esta compleja enfermedad. CRISPR-Cas es una tecnología líder en...

Full description

Autores:
Arango Saavedra, David
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:1992/55144
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/55144
Palabra clave:
CRISPR/Cas9
Magnetic nanoparticles
Disulfide bond
Conjugation
Liberation
Disulfide exchange
DNA
OmpA
Characterization
Ingeniería
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openAccess
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description La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad neurológica compleja sin opciones de tratamientos que modifiquen las causas de la enfermedad hasta la fecha. La terapia génica se convierte así en una alternativa para el tratamiento de esta compleja enfermedad. CRISPR-Cas es una tecnología líder en la edición genética debido a su facilidad de uso, accesibilidad y alta fidelidad de edición. El éxito de la terapia CRISPR/Cas9 depende en gran medida de la estrategia de administración de los distintos componentes, sin inducir respuestas inmunes significativas y manteniendo altos niveles de niveles de biodisponibilidad. Por lo tanto, es crucial desarrollar un vehículo adecuado para la entrega de los componentes CRISPR. Las nanopartículas de óxido de hierro(ION) como la magnetita se han utilizado en diversas aplicaciones de administración de fármacos, generando resultados prometedores, pero su capacidad en la terapia génica aún no se ha estudiado. Hemos desarrollado una plataforma basada en magnetita para entregar ADN bajo una respuesta a las variaciones de pH en el ambiente. Los nanotransportadores desarrollados (tDNA-AEDP-MNP-OmpA) contienen un enlace disulfuro y un potente péptido translocador (OmpA) para facilitar la internalización y promover el escape endosomal. Este portador fue diseñado para ser conjugado con un plásmido linealizado que contiene secuencias para para la nucleasa Cas9 y el sgRNA con la ayuda de una secuencia corta tiolada. Aquí nos centramos en un plásmido CRISPRa dirigido a expresión del gen Pink-1, un gen con un papel fundamental en EP. La caracterización biológica y fisicoquímica del vehículo desarrollado aseguró la correcta síntesis de las nanopartículas para la entrega del sistema CRISPR. La entrega a las células mostró un escape endosomal temprano y una posterior transfección moderada de ADNt en cocultivos de astrocitos primarios. Además, el portador de entrega tDNA-AEDPMNP-Ompa dirigido al gen Pink-1 genera una actividad aumentada en un facto
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CRISPR-Cas es una tecnología líder en la edición genética debido a su facilidad de uso, accesibilidad y alta fidelidad de edición. El éxito de la terapia CRISPR/Cas9 depende en gran medida de la estrategia de administración de los distintos componentes, sin inducir respuestas inmunes significativas y manteniendo altos niveles de niveles de biodisponibilidad. Por lo tanto, es crucial desarrollar un vehículo adecuado para la entrega de los componentes CRISPR. Las nanopartículas de óxido de hierro(ION) como la magnetita se han utilizado en diversas aplicaciones de administración de fármacos, generando resultados prometedores, pero su capacidad en la terapia génica aún no se ha estudiado. Hemos desarrollado una plataforma basada en magnetita para entregar ADN bajo una respuesta a las variaciones de pH en el ambiente. Los nanotransportadores desarrollados (tDNA-AEDP-MNP-OmpA) contienen un enlace disulfuro y un potente péptido translocador (OmpA) para facilitar la internalización y promover el escape endosomal. Este portador fue diseñado para ser conjugado con un plásmido linealizado que contiene secuencias para para la nucleasa Cas9 y el sgRNA con la ayuda de una secuencia corta tiolada. Aquí nos centramos en un plásmido CRISPRa dirigido a expresión del gen Pink-1, un gen con un papel fundamental en EP. La caracterización biológica y fisicoquímica del vehículo desarrollado aseguró la correcta síntesis de las nanopartículas para la entrega del sistema CRISPR. La entrega a las células mostró un escape endosomal temprano y una posterior transfección moderada de ADNt en cocultivos de astrocitos primarios. Además, el portador de entrega tDNA-AEDPMNP-Ompa dirigido al gen Pink-1 genera una actividad aumentada en un factoParkinson's disease (PD) is a complex neurological disease with no disease-modifying treatment options to date. Gene therapy thus becomes a potential alternative for the treatment of this complex disease. CRISPR-Cas is a leading gene-editing technology due to its ease of use, accessibility, and high-fidelity editing. Success of CRISPR/Cas9 therapy is strongly dependent on the delivery strategy of the various components without inducing significant immune responses and maintaining high bioavailability levels. It is, therefore, crucial to develop a proper vehicle for the suitable delivery of CRISPR components. Iron oxide nanoparticles (ION) as magnetite have been used in various drug delivery applications, generating promising results, but their capacity in gene therapy has been studied yet. We developed a magnetite-based carrier to deliver DNA under a response-tostimulus to pH variations. The developed nanocarriers (tDNAAEDP-MNP-OmpA) contain a disulfide bond and a potent translocating peptide (OmpA) to facilitate internalization and promote endosomal escape. This carrier was designed to be conjugated to a linearized plasmid containing sequences for both Cas9 nuclease and the sgRNA aided by a short thiolated sequence. Here we focus on a CRISPRa plasmid targeting the expression of Pink-1, a gene with a fundamental role in Parkinson¿s disease. The biological and physicochemical characterization of the developed vehicle ensured the correct synthesis of nanoparticles for CRISPR component delivery. Cell delivery showed early endosome escape and a later moderate transfection of tDNA in primary astrocyte co-culture, needed to corroborate with high-resolution techniques. Furthermore, the tDNA-AEDPMNP-Ompa delivery carrier targeting Pink-1 gene generates an increased activity by a 130 factor. Hence, novel developed tDNA-AEDP-MNP-OmpA carriers can be used as delivery carriers on potential in vivo applications for gene-delivery, and especially for CRISPR-based technology.Magíster en Ingeniería BiomédicaMaestría13 páginasapplication/pdfengUniversidad de los AndesMaestría en Ingeniería BiomédicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería BiomédicaMagnetic nanoparticle platform development for genetic edition of Parkinson's diseaseTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMCRISPR/Cas9Magnetic nanoparticlesDisulfide bondConjugationLiberationDisulfide exchangeDNAOmpACharacterizationIngeniería201530795PublicationORIGINAL25672.pdfapplication/pdf9635584https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/ec467516-6c88-4bc5-aa16-a13327928fac/download197a6df7216e7ea38de7ada4704034bfMD51THUMBNAIL25672.pdf.jpg25672.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg30422https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/8093e96e-0b15-48bb-a03b-bbd68b1eea2e/download4da57e0de42a5461e8a85d5ae348bbc9MD53TEXT25672.pdf.txt25672.pdf.txtExtracted texttext/plain76231https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/2eb0b0bc-52e6-4e0b-822f-36bcf5f9c2e5/download4a87c7abcaac90a858d180e0e4f46920MD521992/55144oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/551442023-10-10 19:52:51.499http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/restrictedhttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co