Design, synthesis and evaluation of pH responsive bio nanoparticles for the guided transport and delivery of CRISPR/CAS9 plasmids : a vehicle for highly-targeted gene therapy

Durante la última década, las terapias génicas han atraído mucha atención para el desarrollo de tratamientos para diversas afecciones, que incluyen cáncer, enfermedades neurodegenerativas, deficiencias de proteínas y trastornos autoinmunes. A pesar de los beneficios de este enfoque, aún quedan por r...

Full description

Autores:
Ramírez Acosta, Carlos Manuel
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2020
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/51017
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/51017
Palabra clave:
Química combinatoria
Materiales nanoestructurados
Nanopartículas
Nanotecnología
Química farmacéutica
Ingeniería
Rights
openAccess
License
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description Durante la última década, las terapias génicas han atraído mucha atención para el desarrollo de tratamientos para diversas afecciones, que incluyen cáncer, enfermedades neurodegenerativas, deficiencias de proteínas y trastornos autoinmunes. A pesar de los beneficios de este enfoque, aún quedan por resolver varios desafíos para lograr la implementación clínica. Algunos de estos desafíos incluyen bajas tasas de transfección, estabilidad limitada en condiciones fisiológicas y baja especificidad hacia las células diana. Una vía para superar estos problemas es administrar las terapias con la ayuda de potentes vectores que penetran en las células. Los vectores no virales, como los materiales nanoestructurados, se han probado con éxito en la administración de fármacos y genes. Aquí, proponemos desarrollar una evaluación in vitro de un vehículo de penetración celular nanoestructurado basado en un núcleo / capa irregular, magnetita / plata, nanopartículas sintetizadas a través de un método verde. Se usó una modificación de la superficie posterior en la superficie de plata de un polímero sensible al pH para asegurar que el vehículo pueda transportar y liberar ADN circular. Además, el péptido de translocación Buforina II se conjugó en la superficie de la magnetita con la ayuda de un polímero de poliéter amina para facilitar la translocación y el escape del endosoma. Los nanobioconjugados obtenidos (magnetita / plata-pDMAEMA-PEA-BUFII) se caracterizaron mediante espectrofotometría UV-Vis, dispersión dinámica de luz (DLS), análisis termogravimétrico (TGA), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), microscopio electrónico de barrido equipado con dispersor de energía espectroscopía (SEM + EDS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los valores de cobertura de citoplasma de aproximadamente el 50% para las células de Vero y de neuroblastoma confirmaron una penetración celular significativa.
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A pesar de los beneficios de este enfoque, aún quedan por resolver varios desafíos para lograr la implementación clínica. Algunos de estos desafíos incluyen bajas tasas de transfección, estabilidad limitada en condiciones fisiológicas y baja especificidad hacia las células diana. Una vía para superar estos problemas es administrar las terapias con la ayuda de potentes vectores que penetran en las células. Los vectores no virales, como los materiales nanoestructurados, se han probado con éxito en la administración de fármacos y genes. Aquí, proponemos desarrollar una evaluación in vitro de un vehículo de penetración celular nanoestructurado basado en un núcleo / capa irregular, magnetita / plata, nanopartículas sintetizadas a través de un método verde. Se usó una modificación de la superficie posterior en la superficie de plata de un polímero sensible al pH para asegurar que el vehículo pueda transportar y liberar ADN circular. Además, el péptido de translocación Buforina II se conjugó en la superficie de la magnetita con la ayuda de un polímero de poliéter amina para facilitar la translocación y el escape del endosoma. Los nanobioconjugados obtenidos (magnetita / plata-pDMAEMA-PEA-BUFII) se caracterizaron mediante espectrofotometría UV-Vis, dispersión dinámica de luz (DLS), análisis termogravimétrico (TGA), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), microscopio electrónico de barrido equipado con dispersor de energía espectroscopía (SEM + EDS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los valores de cobertura de citoplasma de aproximadamente el 50% para las células de Vero y de neuroblastoma confirmaron una penetración celular significativa.Over the past decade, gene therapies have attracted much attention for the development of treatments for various conditions, including cancer, neurodegenerative diseases, protein deficiencies, and autoimmune disorders. Despite the benefits of this approach, several challenges are yet to be solved to reach clinical implementation. Some of these challenges include low transfection rates, limited stability under physiological conditions, and low specificity towards the target cells. An avenue to overcome such issues is to deliver the therapies with the aid of potent cell-penetrating vectors. Non-viral vectors, such as nanostructured materials, have been successfully tested in drug and gene delivery. Here, we propose developing an in vitro evaluation of a nanostructured cell-penetrating vehicle based on a patchy core/shell, magnetite/silver, nanoparticles synthesized through a green method. A subsequent surface modification on the silver surface of a pH-responsive polymer was used to assure that the vehicle can carry and release circular DNA. Additionally, the translocating peptide Buforin II was conjugated on the magnetite surface with the aid of a polyether amine polymer to facilitate translocation and endosome escape. The obtained nanobioconjugates (magnetite/silver-pDMAEMA-PEA-BUFII) were characterized by UV-Vis spectrophotometry, dynamic light scattering (DLS), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscope equipped with energy dispersive spectroscopy (SEM+EDS), and transmission electron microscopy (TEM). Cytoplasm coverage values of about 50% for both Vero and neuroblastoma cells confirmed significant cell penetration. Pearson?s correlation coefficients for both cell lines allowed us to estimate 20?40% colocalization of the nanobioconjugates with lysotracker green, which implied high endosomal escape levels.Magíster en Ingeniería QuímicaMaestría57 hojasapplication/pdfengUniversidad de los AndesMaestría en Ingeniería QuímicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Química y de AlimentosDesign, synthesis and evaluation of pH responsive bio nanoparticles for the guided transport and delivery of CRISPR/CAS9 plasmids : a vehicle for highly-targeted gene therapyTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMQuímica combinatoriaMateriales nanoestructuradosNanopartículasNanotecnologíaQuímica farmacéuticaIngeniería201315208Publicationhttps://scholar.google.es/citations?user=2vO8IrIAAAAJvirtual::7102-10000-0001-7251-5298virtual::7102-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001574664virtual::7102-17bc6dc94-4e9c-4245-8b42-9f7dbc69de83virtual::7102-110c65e28-e393-4bfe-91e5-f3a7d32e6771virtual::7103-17bc6dc94-4e9c-4245-8b42-9f7dbc69de83virtual::7102-110c65e28-e393-4bfe-91e5-f3a7d32e6771virtual::7103-1THUMBNAIL23771.pdf.jpg23771.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9705https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/80f2a7ea-be32-4136-8276-89858beec6fc/download6638bc9eb8d8f798be545cdc055dfefaMD55ORIGINAL23771.pdfapplication/pdf2948106https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/6826281d-2919-4e93-8914-8f1b95b294a0/downloadf0e9781776874726e3961c5f03106c85MD51TEXT23771.pdf.txt23771.pdf.txtExtracted texttext/plain126633https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/6c4e6ce9-fc99-48d3-868f-a6ea8e1cf99b/download1e3db3202011ef361c48ff240f6c4cd4MD541992/51017oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/510172024-03-13 13:20:58.868http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/restrictedhttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co