Microfluídica 3D para a síntese de alta produtividade de lipossomas stealth e nanopartículas lipídicas visando a terapia e vacinação gênicas
Year: 2022
Type: dissertation
Abstract: e também ao Gilson Barbosa Maia Júnior, ambos por ceder equipamentos importantes para o desenvolvimento do projeto.Por fim, agradeço ao Antonio Carlos Borges e o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) pelas análises de cryo-TEM.E por fim, não poderia deixar de agradecer os meus familiares e parentes próximos que me deram muito suporte ao longo de todo o projeto.Sem eles essa realização não seria possível.Agradeço muito aos meus amigos por todo o apoio, em especial ao Fabio Henrique Bastiani, que esteve ao lado acompanhando e me ajudando em momentos de dificuldade.Não poderia finalizar sem agradecer muito à minha orientadora Drª.Lucimara Gaziola de La Torre, que além de toda orientação fundamental ao desenvolvimento do projeto e do processo de aprendizagem, também foi muito compreensível e me deu todo apoio e suporte para que eu pudesse realizar o projeto da melhor maneira possível, mesmo em pandemia.E claro, agradeço também ao meu coorientador Dr. Sávio Souza Venâncio Vianna por todo apoio e suporte na simulação computacional, que foi parte integrante e fundamental para consolidar os conceitos práticos e teóricos, parte esta muito satisfatória de poder ter trabalhado.RESUMO A demanda por vacinas e medicamentos para o combate de doenças impulsiona a busca por novas tecnologias na área de nanobiotecnologia, como é o caso recente da corrida para a vacina da COVID-19.Nesse sentido, a terapia e vacinação gênicas emergem como potenciais ferramentas de combate.No entanto, um dos maiores obstáculos para o sucesso desta técnica consiste em entregar eficientemente o material genético (DNA/RNA) nas células-alvo.Para contornar esse problema, nanocarreadores não virais podem ser explorados.Dentre eles, lipossomas catiônicos e nanopartículas lipídicas se destacam como potenciais veículos de sistema de entrega de fármacos.A produção dessas nanoestruturas em sistemas microfluídicos operando em regime laminar permite se obter um melhor controle da mistura e das variáveis do processo, em comparação com os métodos convencionais bulk de produção.Porém, sistemas microfluídicos à base de difusão possuem baixa produtividade.Com o intuito de explorar o aumento de produtividade, a advecção caótica pode ser empregada, mas ainda requer compreensão do processo de formação destas nanoestruturas.Para auxiliar na compreensão da fluidodinâmica e do processo de mistura nos canais microfluídicos, simulações computacionais podem ser desenvolvidas, como o estudo de fluidodinâmica computacional (CFD).Nesse contexto, nosso grupo de pesquisa realizou o estudo de CFD e investigou a síntese de lipossomas em dispositivo microfluídico 3D de alta vazão (HFR-MD).No entanto, não foi analisada a potencial aplicação deste dispositivo na síntese de lipoplexos e nanopartículas lipídicas (LNPs).Baseado nisso, este projeto visa a incorporação de material genético (pDNA) em sistemas lipídicos (lipoplexos e LNPs) através do estudo de CFD e aplicação de técnica microfluídica de advecção caótica no dispositivo HFR-MD, visando contribuições na área da medicina.Para tal, investigou-se a melhor configuração de malha que pudesse fornecer a simulação computacional mais precisa.Dessa maneira, a análise de CFD permitiu antever o padrão de mistura e as condições de advecção caótica nas diferentes vazões testadas, que posteriormente serviu de apoio para a otimização das melhores condições de processo para a síntese das nanoestruturas.Foi observado que para a síntese de lipossomas catiônicos e stealth, apesar da advecção caótica melhorar as propriedades de diâmetro hidrodinâmico médio (tamanho) e polidispersão (PDI) das nanoestruturas, ela não se mostrou fundamental, pois a incorporação do lipídio PEGlado foi possível mesmo sem advecção caótica.Além disso, investigação entre o uso de água pura e tampão PBS na fase aquosa mostrou que a água pura foi mais eficaz na síntese adequada de lipossomas.Já para lipoplexos e LNPs, a advecção caótica em alta vazão se mostrou fundamental para evitar a formação de microagregados no canal e fornecer propriedades físico-químicas ótimas para aplicações.Além disso, a presença de uma barreira difusiva mostrou ser benéfica na formação de complexos pDNA/lipídios.Estudos de morfologia apontaram estruturas majoritariamente unilamelares para os lipossomas e lipoplexos stealth, estruturas mistas para lipoplexos catiônicos e possível núcleo denso de elétrons para LNPs.Por fim, teste in vitro realizado em colaboração com o Instituto de Ciências Biomédicas da USP apontou maior eficiência de transfecção para as LNPs, o que condiz com a literatura, porém sem relatar diferenças estatísticas com os lipoplexos.Como contribuição deste trabalho, a validação do dispositivo HFR-MD na síntese de nanoestruturas complexas em condições de alta produtividade infere seu potencial uso para futuras investigações de LNPs com lipídios ionizáveis de última geração, bem como aplicações in vivo visando a produção de vacinas gênicas e aumento de escala.
Author: Bruno Telli Ceccato
Language: Portuguese
Subfield: Biomedical Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: gold
OpenAlex ID: W4388867728