Orientadores: Lucimara Gaziola de La Torre, Adriano Rodrigues Azzoni

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento tecnológico de processo microfluídico para a obtenção de vetores não virais, baseados na complexação eletrostática entre lipossomas catiônicos (LC) e DNA plasmideal (pDNA) destinados à terapia e vacinação gênica. O desenvolvimento desse...

Resumo: Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento tecnológico de processo microfluídico para a obtenção de vetores não virais, baseados na complexação eletrostática entre lipossomas catiônicos (LC) e DNA plasmideal (pDNA) destinados à terapia e vacinação gênica. O desenvolvimento desse processo foi comparado ao processo convencional "bulk", que, a partir da simples mistura manual entre as soluções ou em sistema de vórtice, gera dificuldade no controle do tamanho destas estruturas e pode produzir variações nos resultados biológicos e na estabilidade coloidal. Já o processo microfluídico, que utiliza dispositivos que processam pequenas quantidades de fluidos (10-9 a 10-18 litros), permite a complexação eletrostática em regime contínuo, com o controle das condições difusionais, o que também permite melhor controle do tamanho destes complexos. Metodologicamente, o trabalho foi dividido em três principais etapas: na primeira parte, foi realizado o estudo físico-químico, estrutural e biológico dos complexos pDNA/LC obtidos por processo "bulk". Nessa etapa, verificou-se a correlação das propriedades físico-químicas e estruturais dos complexos com o processo de transfecção in vitro em células HeLa. A segunda parte do trabalho visou à otimização da produção de lipossomas catiônicos em dois dispositivos microfluídicos, com uma única e com dupla focalização hidrodinâmica, de modo a se obter lipossomas similares aos estudados na primeira parte do trabalho. Na utilização do segundo dispositivo, foi possível operar em vazões volumétricas mais altas quando comparadas ao primeiro. Por fim, na terceira parte, foi realizado o estudo da complexação entre LC e pDNA por processo microfluídico também em dois diferentes dispositivos, um similar ao utilizado na segunda parte do trabalho, com focalização hidrodinâmica única, e outro com blocos regulares nas paredes do microcanal, o que aumenta a área de contato entre os fluidos. Os complexos formados no primeiro dispositivo apresentaram melhores respostas biológicas in vitro, as quais foram similares às do processo "bulk". No segundo dispositivo, ensaios de acessibilidade de sonda de fluorescencência ao DNA indicaram alteração na associação entre LC e DNA. Dessa forma, a partir dos resultados, conclui-se que os dispositivos microfluídicos estudados são uma alternativa promissora para a formação de LC e também sua complexão com pDNA em modo contínuo, tanto pela potencialidade tecnológica quanto biológica, o que contribui para o desenvolvimento de produtos farmacêuticos que veiculam DNA e que são destinados à terapia e vacinação gênica

Abstract: This research aimed at the technological development of microfluidic process for nonviral carriers production based on the electrostatic complexation between cationic liposomes (CL) and plasmidal DNA (pDNA) for gene and vaccine therapy applications. The development of this process was...

Abstract: This research aimed at the technological development of microfluidic process for nonviral carriers production based on the electrostatic complexation between cationic liposomes (CL) and plasmidal DNA (pDNA) for gene and vaccine therapy applications. The development of this process was compared to the conventional bulk process, in which the solutions are mixed followed by the simple hand shaking or brief vortexing, what generates difficulties on the particles sizes control and can affect the biological functionality and colloidal stability of the formulations. In contrast, microfluidic process, which uses devices that manipulate small amounts of fluids (10-9 to 10-18 liters), allows the electrostatic complexation in continuous mode, controlling diffusion conditions, which also allows the colloidal control of the obtained formulations. Furthermore, microfluidic devices have minimum dimensions and operate with low energy consumption. Methodologically, the present work was carried out in three mean steps: in the first step, the physicochemical, structural and biological characteristics of the pDNA/CL complexes obtained by the bulk process were studied. In this step, it was possible to verify the correlation of physicochemical and structural properties with the transfection phenomenon in vitro of HeLa cells. The second part of this work focused the optimization of the production of CL through two microfluidic devices, with single and double hydrodynamic focusing, to obtain similar CL to those of the first step of this work. By employing the second device, it was possible to operate at higher volumetric flow rates than the first one. Finally, in the third step, it was explored the complexation between CL and pDNA via microfluidic process also in two different microfluidic devices; the first was similar to that employed in the second part of this work, with a single hydrodynamic focusing, and a second one with patterned microchannel walls, which increase the surface contact area between the fluids. The complexes formed in the first device showed better biological results in vitro, which were similar to the complexes formed in the bulk complexation method. In the patterned device, the experiments of the DNA accessibility to fluorescent probe pointed out modifications between the pDNA and CL association in the complexes. In conclusion, we showed that the studied microfluidic devices are a promising alternative for the production of CL and the complexation with pDNA in continuous mode, because of the technological and biological potentialities, which contributes to the development of feasible processes, for the production of new pharmaceutical products for gene and vaccine therapies