Two-dimensional engineering of molecular nanoparticles for biological applications

• Autores: Witold Tatkiewicz
• Directores de la Tesis: Jaume Veciana i Miró (dir. tes.), Imma Ratera Bastardas (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2015
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Wolfgang J. Parak (presid.), Elena Martínez Fraiz (secret.), Arben Merkoçi (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología celular
      • Cultivo celular
    • Microbiología
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de materiales
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen

  • El trabajo realizado en esta tesis se ha centrado en dos sistemas de nanopartículas moleculares que tienen un uso potencial en el campo de la nanomedicina: i) vesículas lipídicas – entidades supramoleculares que se proponen como sistemas de liberación de fármacos y ii) cuerpos de inclusión (Inclusion Bodies, IBs) – nanopartículas formadas por agregados proteicos. La primiera parte del trabajo se ha centrado en el estudio comparativo de sistemas vesiculares preparados por i) diferentes metodologías así como ii) diferentes composiciones. Los métodos comparados son DELOS-susp, un método de una sola etapa basado en fluidos comprimidos y procesos convencionales que constan de varias etapas, como hidratación de película delgada (thin film hydration, TFH) y tratamiento con ultrasonidos seguido de extrusión (ultrasound, US). La influencia de la estructura interna se ha investigado con vesículas con diferentes composiciones mixtas: CTAB-Colesterol y DOPC-Colesterol. Para este estudio hemos utilizado métodos que monitorizan la interacción de nanomaterials con superficies como la resonancia de plasmones superficiales (surface plasmon resonance, SPR) y la microbalanza de cristal de cuarzo con disipación (quartz crystal microbalance with dissipation, QCM-D). A partir del análisis de datos hemos demostrado que todos los sistemas investigados forman monocapas de vesículas enteras tras la interacción con superficies de oro. Ha sido posible calcular la absorción de masa, espesor, densidad y propiedades mecánicas de los diferentes sistemas vesiculares estudiados. Hemos concluido, que la influencia del método de preparación es muy. Es decir, en este tipo de sistemas, la arquitectura interna, una vez lograda, es la que determina las propiedades mecánicas de las entidades supramoleculares. Por otro lado, se ha encontrado una influencia de la composición interna de las vesículas en sus propiedades mecánicas. Así, las vesículas formadas por colesterol y CTAB han demostrado ser más rígidas que las formadas por colesterol y DOPC. Por otro lado, esta tesis se ha centrado en el uso de IBs para la funcionalización de superficies con diferentes patrones utilizando técnicas de litografía blanda. Posteriormente, se han caracterizado y evaluado las propiedades de estas superficies decoradas con IBs como soportes para el cultivo y guiaje de células. En el marco de esta tesis se han conseguido preparar con éxito patrones geométricos de IBs de alta resolución. Un análisis estadístico de los datos obtenidos a partir de imágenes de microscopía óptica y confocal ha permitido sacar demostrar, que la orientación, la morfología, y el posicionamiento de las células dependen de la geometría de los patrones. La siguiente etapa de la tesis estuvo centrada en la desarrollo de un dispositivo que permitiera la deposición de gradientes de IBs en superficies a partir de suspensiones coloidales. La técnica está basada en el fenómeno ampliamente conocido del “efecto de la gota de café”. Así, un dispositivo ha sido diseñado, construido, calibrado y utilizado con éxito para preparar sustratos funcionalizados con patrones, muy fáciles de modificar y con bajo coste. Con este dispositivo se ha propuesto e implementado un protocolo de la deposición de gradientes de nanopartículas. Los gradientes obtenidos se han caracterizado en cada caso confirmando la presencia de cambios lineales de concentración de IB sobre grandes áreas (ca 500 micras) tal y como se necesita para realizar estudios de motilidad celular. En la última parte de la tesis hemos utilizado los gradientes de IBs para estudiar la motilidad celular. El método de deposición permitió preparación de sustrato complejo con más de 80 diferentes entornos para el cultivo celular. Como conclusión general de esta parte podemos confirmar que existe un control claro de la motilidad celular provocada por los patrones de gradientes de IBs ingeniados. En general, con el trabajo realizado hemos demostrado que los IBs pueden considerarse una nueva herramienta muy interesante y útil para el guiaje celular, lo cual puede tener implicaciones muy interesantes en el campo de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos.