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Publicação
Nanoparticle Formulation and Optimization for Macrophage Repolarization in Cancer
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.98 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Cancer is a disease with a high mortality rate, and current treatment approaches are associated with
several limitations. Despite advancements in novel treatments such as immunotherapy, gene therapy,
and nanomedicine, success rates remain low.
In this thesis, the use of a polymeric nanoparticle encoding for the Interferon Regulatory Factor 5
(IRF5) is proposed to induce macrophage repolarization from an anti-inflammatory to a pro-inflamma-
tory stage. Additionally, nanoparticle biomimetic coating was explored for targeted delivery and cyto-
toxicity reduction. Nanoparticle synthesis and characterization were evaluated, as well as in vitro as-
sessment of nanoparticle cytotoxicity, transfection efficiency, uptake, and macrophage repolarization.
Highly Branched Poly (β-amino ester)s (HPAEs) polymer synthesis was confirmed by Nuclear
Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. In addition, HPAEs showed a strong buffering capacity be-
tween pH 4.5 to 7.5. Nanoparticles were synthesized using HPAEs polymer and Dynamic Light Scat-
tering (DLS) and Electrophoretic Light Scattering (ELS) analysis were performed, obtaining nanoparti-
cles with a diameter size between ≈168 nm to ≈189 nm, and a zeta potential of +41.5 mV to +43.1 mV,
showing successful nanocomplex formation. HPAEs-pDNA nanoparticles remained stable for three
days in Milli-Q water.
In vitro analysis indicates that the HPAEs polymer was cytotoxic to both CT26 and RAW 264.7 cell
lines, reducing cell viability by 50-80% at the highest polymer dose. Transfection was successful for
CT26 cell line, obtaining ≈55% of transfection efficiency. Both cell lines exhibited a nanoparticle uptake
above 90%. The biomimetic coating attempts did not result in stable HPAEs–pDNA nanoparticles, and
the cytotoxicity of this nano-system was not reduced. However, preliminary results using the Ignite
microfluidic device show that this platform may be suitable for achieving a consistent coating.
These findings suggest that HPAEs-pDNA nanoparticles exhibit strong cellular uptake and proper-
ties consistent with effective endosomal escape. Although the biomimetic coating strategy requires fur-
ther optimization, these results demonstrate the potential of the Ignite microfluidic system to achieve
successful nanoparticle coating and to serve as platform for macrophage repolarization approaches.
O cancro é uma doença com uma elevada taxa de mortalidade e as abordagens terapêuticas atuais estão associadas a várias limitações. Apesar dos avanços em tratamentos inovadores, como a imunoterapia, a terapia genética e a nanomedicina, as taxas de sucesso continuam a ser reduzidas. Nesta tese, propomos o uso de uma nanopartícula polimérica que codifica o Fator Regulador de Interferão 5 (IRF5) para induzir a repolarização de macrófagos de um fenótipo anti-inflamatório para um fenótipo pro-inflamatório. Além disso, o revestimento biomimético das nanopartículas é explorado para entrega direcionada e redução da citotoxicidade. A síntese e caracterização das nanopartículas fo- ram avaliadas, bem como a avaliação in vitro da citotoxicidade das nanopartículas, capacidade de trans- fecção, internalização celular e repolarização de macrófagos. A síntese do polímero Poli (β-amino ésteres) altamente ramificados (HPAEs) foi confirmada por espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (NMR). Além disso, o polímero HPAEs demonstrou forte capacidade de tampão entre pH 4,5 e 7,5. As nanopartículas foram sintetizadas utilizando o polí- mero HPAEs, e análises de Dispersão de Luz Dinâmica (DLS) e Dispersão Eletroforética de Luz (ELS) revelaram nanopartículas com diâmetro entre ≈168 nm e ≈189 nm e potencial zeta entre +41,5 mV e +43,9 mV, evidenciando a síntese bem-sucedida dos nanocomplexos. As nanopartículas HPAEs-pDNA permaneceram estáveis por três dias em água Milli-Q. As análises in vitro indicam que o polímero HPAEs é citotóxico para as linhas celulares CT26 e RAW 264.7, reduzindo a viabilidade celular em 50% - 80% com a concentração mais elevada de polí- mero. A transfecção foi bem-sucedida na linha celular CT26, atingindo ≈55% de eficiência. Ambas as linhas celulares apresentaram internalização de nanopartículas superior a 90%. O revestimento biomi- mético não resultou em nanopartículas HPAEs-pDNA estáveis e, a toxicidade deste nano sistema não foi reduzida. Contudo, resultados preliminares utilizando o sistema microfluídico Ignite mostram que esta plataforma pode ser adequada para alcançar um revestimento consistente. Estes resultados sugerem que as nanopartículas HPAEs-pDNA exibem uma forte internalização celular e propriedades consistentes com um escape do endossoma bem-sucedido. Embora a estratégia de revestimento biomimético ainda necessite de otimização, estes resultados demonstram o potencial do sistema de microfluídica Ignite para obter um revestimento de nanopartículas eficaz, servindo como plataforma para estratégias de repolarização de macrófagos
O cancro é uma doença com uma elevada taxa de mortalidade e as abordagens terapêuticas atuais estão associadas a várias limitações. Apesar dos avanços em tratamentos inovadores, como a imunoterapia, a terapia genética e a nanomedicina, as taxas de sucesso continuam a ser reduzidas. Nesta tese, propomos o uso de uma nanopartícula polimérica que codifica o Fator Regulador de Interferão 5 (IRF5) para induzir a repolarização de macrófagos de um fenótipo anti-inflamatório para um fenótipo pro-inflamatório. Além disso, o revestimento biomimético das nanopartículas é explorado para entrega direcionada e redução da citotoxicidade. A síntese e caracterização das nanopartículas fo- ram avaliadas, bem como a avaliação in vitro da citotoxicidade das nanopartículas, capacidade de trans- fecção, internalização celular e repolarização de macrófagos. A síntese do polímero Poli (β-amino ésteres) altamente ramificados (HPAEs) foi confirmada por espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (NMR). Além disso, o polímero HPAEs demonstrou forte capacidade de tampão entre pH 4,5 e 7,5. As nanopartículas foram sintetizadas utilizando o polí- mero HPAEs, e análises de Dispersão de Luz Dinâmica (DLS) e Dispersão Eletroforética de Luz (ELS) revelaram nanopartículas com diâmetro entre ≈168 nm e ≈189 nm e potencial zeta entre +41,5 mV e +43,9 mV, evidenciando a síntese bem-sucedida dos nanocomplexos. As nanopartículas HPAEs-pDNA permaneceram estáveis por três dias em água Milli-Q. As análises in vitro indicam que o polímero HPAEs é citotóxico para as linhas celulares CT26 e RAW 264.7, reduzindo a viabilidade celular em 50% - 80% com a concentração mais elevada de polí- mero. A transfecção foi bem-sucedida na linha celular CT26, atingindo ≈55% de eficiência. Ambas as linhas celulares apresentaram internalização de nanopartículas superior a 90%. O revestimento biomi- mético não resultou em nanopartículas HPAEs-pDNA estáveis e, a toxicidade deste nano sistema não foi reduzida. Contudo, resultados preliminares utilizando o sistema microfluídico Ignite mostram que esta plataforma pode ser adequada para alcançar um revestimento consistente. Estes resultados sugerem que as nanopartículas HPAEs-pDNA exibem uma forte internalização celular e propriedades consistentes com um escape do endossoma bem-sucedido. Embora a estratégia de revestimento biomimético ainda necessite de otimização, estes resultados demonstram o potencial do sistema de microfluídica Ignite para obter um revestimento de nanopartículas eficaz, servindo como plataforma para estratégias de repolarização de macrófagos
Descrição
Palavras-chave
Cancer Macrophages Repolarization Polymeric Nanoparticles Biomimetics