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Publicação
Simplified Chip Prototyping for Improved Screening of Gene-silencing Therapeutics Using 3D Cell Models
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 8.58 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Cancer research has long been hindered by the limitations of conventional 2D culture models, which
fail to replicate the intricacies of the tumor microenvironment. This lack of complexity prevents accurate
evaluation of cancer therapeutics, including gene-silencing approaches. The shortcomings of standard
cancer models in recapitulating the dynamic microenvironment of tumors prompted the development of
more physiologically relevant models. While Tumor-on-Chip systems show promise in addressing these
challenges, their widespread adoption is limited due to technical complexity and high fabrication costs.
To overcome these barriers, this thesis presents a strategy to simplify the prototyping of ToC devices by
focusing on accessible materials and fabrication processes. This work outlines a pathway to create
efficient, reproducible, and cost-effective biochips suitable for cancer modeling and screening gene-
silencing therapeutics. The objectives include synthesizing and characterizing gold nanoparticle
conjugates, evaluating their gene silencing efficiency in 2D and 3D models, streamlining the biochip
fabrication, and translating these findings to the final device.
The results provided insights into the differential behavior of nanoparticle uptake and resultant silencing
efficiency between models. While 2D cultures exhibit faster uptake kinetics, 3D spheroids better mimic
diffusional barriers and tumor heterogeneity, making them a more reliable model for evaluating
nanoparticle-based therapies. The developed ToC device successfully reproduced these complexities,
yielding promising results. Still, future work should aim to incorporate fluidic channels and immune
cells to further enhance tumor microenvironment recapitulation, bridging the gap between preclinical
models and in vivo complexity to improve therapeutic predictions.
A investigação sobre o cancro tem sido limitada pelas restrições dos modelos convencionais de cultura celular em 2D, que não conseguem replicar com precisão o complexo microambiente tumoral observado in vivo. Esta limitação compromete a avaliação eficaz de estratégias terapêuticas, incluindo terapia genética. As limitações das culturas 2D, como a incapacidade de mimetizar as interações celulares, as funções da matriz extracelular e gradientes de difusão, impulsionaram o desenvolvimento de modelos mais fisiologicamente relevantes. Embora os sistemas Tumor-on-Chip tenham demonstrado grande potencial na superação desses desafios, a sua utilização continua restrita devido à elevada complexidade técnica e aos custos substanciais de fabricação. Esta tese introduz uma estratégia inovadora para simplificar a prototipagem de dispositivos adaptados à cultura de modelos tumorais, posteriormente aplicados a estratégias de silenciamento génico. Através da utilização de materiais e processos de fabricação acessíveis é demonstrada a criação de dispositivos eficientes, reprodutíveis e economicamente viáveis. Este estudo inclui a criação e desenvolvimento dos biochips, a síntese e caracterização de nanoconjugados de partículas de ouro, a avaliação da sua eficácia de silenciamento em modelos 2D e 3D, e a translação desses resultados para modelos ToC. Os resultados revelam diferenças nos mecanismos de internalização dos nanoconjugados e, consequentemente, na eficácia do silenciamento. Enquanto as culturas 2D apresentam uma cinética de internalização mais rápida, os esferoides replicam com maior fidelidade as barreiras de difusão e a heterogeneidade tumoral. O modelo ToC desenvolvido, ainda que simplificado, reproduziu com sucesso os resultados obtidos em modelos convencionais. Estudos futuros deverão focar-se na incorporação canais de microfluídica e de componentes do sistema imune, para melhorar a modelação do microambiente tumoral e desta forma, colmatar a lacuna entre a simplicidade dos modelos convencionais e a complexidade do microambiente tumoral.
A investigação sobre o cancro tem sido limitada pelas restrições dos modelos convencionais de cultura celular em 2D, que não conseguem replicar com precisão o complexo microambiente tumoral observado in vivo. Esta limitação compromete a avaliação eficaz de estratégias terapêuticas, incluindo terapia genética. As limitações das culturas 2D, como a incapacidade de mimetizar as interações celulares, as funções da matriz extracelular e gradientes de difusão, impulsionaram o desenvolvimento de modelos mais fisiologicamente relevantes. Embora os sistemas Tumor-on-Chip tenham demonstrado grande potencial na superação desses desafios, a sua utilização continua restrita devido à elevada complexidade técnica e aos custos substanciais de fabricação. Esta tese introduz uma estratégia inovadora para simplificar a prototipagem de dispositivos adaptados à cultura de modelos tumorais, posteriormente aplicados a estratégias de silenciamento génico. Através da utilização de materiais e processos de fabricação acessíveis é demonstrada a criação de dispositivos eficientes, reprodutíveis e economicamente viáveis. Este estudo inclui a criação e desenvolvimento dos biochips, a síntese e caracterização de nanoconjugados de partículas de ouro, a avaliação da sua eficácia de silenciamento em modelos 2D e 3D, e a translação desses resultados para modelos ToC. Os resultados revelam diferenças nos mecanismos de internalização dos nanoconjugados e, consequentemente, na eficácia do silenciamento. Enquanto as culturas 2D apresentam uma cinética de internalização mais rápida, os esferoides replicam com maior fidelidade as barreiras de difusão e a heterogeneidade tumoral. O modelo ToC desenvolvido, ainda que simplificado, reproduziu com sucesso os resultados obtidos em modelos convencionais. Estudos futuros deverão focar-se na incorporação canais de microfluídica e de componentes do sistema imune, para melhorar a modelação do microambiente tumoral e desta forma, colmatar a lacuna entre a simplicidade dos modelos convencionais e a complexidade do microambiente tumoral.
Descrição
Palavras-chave
Tumor-on-Chip Cancer models Gene Silencing Nanomedicine