Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/55958
Type: Dissertação
Title: Plataforma de nanoparơculas lipídicas ionizáveis para entrega de DNA in vivo
Other Titles: Ionizable lipid nanoparticle platform for in vivo DNA delivery
Authors: Ana Carolina Soares Braga
First Advisor: Pedro Pires Goulart Guimarães
First Co-advisor: Sérgio Ricardo Aluotto Scalzo Júnior
First Referee: Frederic Jean Georges Frezard
Second Referee: Anderson Kenedy Santos
Abstract: As terapias genéticas e vacinas que utilizam ácidos nucléicos surgiram como uma abordagem promissora no tratamento e prevenção de várias doenças, incluindo as virais e o câncer. No entanto, o uso dessa ferramenta requer o desenvolvimento de tecnologias que proporcionem uma entrega segura e eficaz do ácido nucléico. Nesse sentido, o uso de nanopartículas lipídicas ionizáveis (LNPs) tem se mostrado uma solução atraente para a clínica, uma vez que já vem sendo empregadas em vacinas de mRNA aprovadas para COVID-19, apresentando um grande potencial de revolucionar a prevenção tratamento de diversas doenças no futuro. Entretanto, a triagem de LNPs são comumente realizadas em um ambiente in vitro, o que impossibilita uma reprodução completa das barreiras biológicas encontradas em um organismo vivo. Portanto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver e implementar uma plataforma baseada em LNPs para entrega segura e eficaz de DNA através de uma triagem in vivo. Para esse fim, foi desenvolvida uma biblioteca de 29 LNPs que encapsulam código de barras de DNA (b-DNA) como ferramenta de identificação, contendo um lipídio ionizável, um lipídio auxiliar, colesterol e um lipídio acoplado ao PEG. Dentre os quatro componentes, a composição molar dos lipídios auxiliares (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) e 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP)) e do colesterol foram variadas para obter diferentes formulações. As LNPs foram formuladas através de um dispositivo microfluídico, combinadas em um pool e injetadas em camundongos C57BL/6 por via intramuscular ou intravenosa. Para avaliar a biodistribuição e selecionar as LNPs mais promissoras para determinado órgão, foi utilizado o sequenciamento profundo de alto rendimento do b-DNA para identificar e quantificar as entregas de DNA. As LNPs com maior eficiência de entrega de DNA em cada órgão foram selecionadas e submetidas a testes in vitro para avaliar a sua eficiência de transfecção em quatro tipos celulares de interesse: macrófagos (RAW 264.7), fibroblastos (L929), células hepáticas (HepG2) e células endoteliais (bEnd.3). Os resultados revelaram que a variação da composição das LNPs altera sua estrutura e propriedades físico-químicas como tamanho e potencial zeta. Em consequência, observamos um tropismo e biodistribuição diferentes para cada uma das LNPs em diferentes órgãos. A LNP B4 demonstrou uma maior expressão de GFP in vitro, o que valida seu potencial uso em estudos de vacinas. Além disso, testes in vivo por via intravenosa mostraram que as LNPs B4 e B10 são adequadas para terapias genéticas que possuem como alvo órgãos como o coração, fígado, baço e pulmão.
Abstract: Gene therapies and vaccines using nucleic acids have emerged as a promising approach in the treatment and prevention of various diseases, including viral diseases and cancer. However, the use of this tool requires the development of technologies that provide safe and effective delivery of the nucleic acid. In this sense, the use of ionizable lipid nanoparticles (LNPs) has proven to be an attractive solution for the clinic, since they are already being employed in approved mRNA vaccines for COVID-19, presenting a great potential to revolutionize the prevention and treatment of several diseases in the future. Therefore, the present work aims to develop and implement an LNPs-based platform for safe and effective DNA delivery through in vivo screening. To this end, a library of 29 LNPs encapsulating DNA barcoding (b-DNA) as an identification tool was developed, containing an ionizable lipid, an auxiliary lipid, cholesterol, and a PEG-coupled lipid. Among the four components, the molar composition of the auxiliary lipids (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) and 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP)) and cholesterol were varied to obtain different formulations. The LNPs were formulated using a microfluidic device, combined into a pool, and injected into C57BL/6 mice intramuscularly or intravenously. To assess biodistribution and select the most promising LNPs for a given organ, high-throughput deep sequencing of b-DNA was used to identify and quantify DNA deliveries. The LNPs with the highest DNA delivery efficiency in each organ were selected and subjected to in vitro testing to assess their transfection efficiency in four cell types of interest: macrophages (RAW 264.7), fibroblasts (L929), liver cells (HepG2), and endothelial cells (bEnd.3). The results revealed that varying the composition of LNPs alters their structure and physicochemical properties such as size and zeta potential. As a consequence, we observed different tropism and biodistribution for each of the LNPs in different organs. LNP B4 demonstrated higher GFP expression in vitro, which validates its potential use in vaccine studies. Furthermore, in vivo intravenous testing showed that LNPs B4 and B10 are suitable for gene therapies that target organs such as the heart, liver, spleen, and lung.
Subject: Inovações tecnológicas
Biotecnologia
Nanotecnologia
Nanopartículas
Lipídios
Ácidos nucleicos
Sequência de nucleotídeos
DNA
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Inovação Tecnológica e Biofarmacêutica
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/55958
Issue Date: 26-Apr-2023
metadata.dc.description.embargo: 26-Apr-2025
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dissertação Ana Carolina Soares Braga - versão final.pdf
???org.dspace.app.webui.jsptag.ItemTag.restrictionUntil??? 2025-04-26
3.08 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.