Caracterização da protein corona e do seu efeito na internalização celular de nanopartículas de sílica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Galdino, Flávia Elisa, 1991-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/14803
Resumo: Orientador: Mateus Borba Cardoso
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spelling Caracterização da protein corona e do seu efeito na internalização celular de nanopartículas de sílicaCharacterization of protein corona and its effect on cell internalization of silica nanoparticlesNanopartículas de sílicaCoroa de proteínaMicroscopiaInternalização celularSilica nanoparticlesProtein coronaMicroscopyCellular internalizationOrientador: Mateus Borba CardosoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Nanopartículas têm sido alternativas promissoras para aplicações na medicina como carreadores de fármacos e plataformas para vacinas e diagnóstico de doenças. A interação desses nanomateriais com sistemas biológicos envolve diversos processos, desde a interação com os fluídos biológicos até a internalização nas células alvos. Quando expostas à fluídos biológicos, as nanopartículas são espontaneamente recobertas por uma camada de proteínas denominada protein corona que, após a sua formação, conduz a interação destes nanomateriais com o sistema biológico. Para algumas aplicações na nanomedicina, a protein corona é utilizada como estabilizadora e direcionadora das nanopartículas ao alvo desejado e, neste caso, necessita-se controlar a sua formação. No entanto, muitas caracterizações fundamentais dessa camada de proteínas, tais como a determinação da morfologia e espessura, ainda são grandes desafios que impedem o entendimento absoluto da sua formação e, consequentemente, do seu controle. Por outro lado, para outras aplicações, faz-se necessário evitar a formação da protein corona, sendo a funcionalização da superfície das partículas com grupos zwitteriônicos ou polietilenoglicol (PEG) uma das estratégias usadas para este fim. As modificações de superfície causadas pela protein corona e por estas funcionalizações afetam diretamente a interação e internalização das nanopartículas nas células, e compreender esse efeito é importante no desenvolvimento de nanomateriais aplicados em terapias e diagnósticos de doenças. Em vista disso, a motivação deste trabalho de doutorado é caracterizar minuciosamente a protein corona para elucidar aspectos fundamentais de sua formação e estrutura e estudar o seu impacto e o das funcionalizações com compostos zwitteriônicos ou PEG na interação, internalização e destino de nanopartículas de sílica em células de mamíferos. Dentre os estudos realizados, destaca-se o uso das técnicas de espalhamento de raios-X em baixos ângulos (SAXS) e de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para caracterizar a constante de ligação, espessura e morfologia da protein corona. Determinou-se que a protein corona de albumina bovina possui uma espessura heterogênea com média de cerca de 8 nm e uma hard corona de aproximadamente 4 nm. Além disso, técnicas de microscopia de fluorescência, assim como TEM e nanotomografia de raios-X, permitiram determinar o efeito dessas superfícies e ter uma visão completa e fundamental dos processos de internalização e localização das nanopartículas nas células. Verificou-se que nanopartículas recobertas com proteínas são as que apresentam maior internalização e este processo ocorre por meio de vesículas que, posteriormente, se deslocam até a região perinuclearAbstract: Nanoparticles have been great alternatives for applications in medicine as drug carriers and platforms for vaccines and disease diagnosis. The interaction of these nanomaterials with biological systems involves several processes, from interaction with biological fluids to internalization in target cells. When exposed to biological fluids, nanoparticles are spontaneously covered by a protein layer called protein corona which, after formation, leads to the interaction of these nanomaterials with the biological system. For some applications, the control of protein corona formation is desired to use as a stabilizer and targeting. However, many fundamental characterizations of this layer of proteins, such as the morphology and thickness, are still major challenges that prevent a complete understanding of its formation. On the other hand, for other applications, it is necessary to avoid the formation of the protein corona, and the functionalization of nanoparticles surface with zwitterionic groups or polyethylene glycol (PEG) is one of the strategies used for this purpose. The adsorbed proteins and these functionalizations directly affect the interaction and internalization of nanoparticles in cells, and understanding this effect is crucial for the development of nanomaterials applied in therapies and disease diagnoses. Thus, the objective of this study is to use new characterization tools to elucidate fundamental aspects of the protein corona and investigate the impact of protein and zwitterionic or PEG functionalizations on the interaction, internalization, and fate of silica nanoparticles in mammalian cells. Small-angle X-ray scattering (SAXS) and transmission electron microscopy (TEM) techniques were used to characterize the binding constant, thickness, and morphology of the protein corona. The protein corona of bovine serum albumin was determined to have a heterogeneous thickness averaging about 8 nm and a hard corona of 4 nm. In addition, the effect of proteins and functionalizations on nanoparticle-cell interaction was investigated. To obtain a comprehensive understanding of the internalization processes and nanoparticle pathways in the cells, complementary techniques such as widefield, super-resolution, and total internal reflection fluorescence microscopies, as well as TEM and soft x-ray microscopies, were used. The results revealed that nanoparticles coated with proteins exhibit the highest rates of internalization. These nanoparticles are taken up by vesicles and directed towards the perinuclear regionDoutoradoFísico-QuímicaDoutora em CiênciasFAPESP2018/09555-9[s.n.]Cardoso, Mateus Borba, 1978-Loh, WatsonJesus, Marcelo Bispo deBarbosa, Leandro Ramos SouzaPaula, Amauri Jardim deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). 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Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1372652porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-01-23T13:44:26Zoai::1372652Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-01-23T13:44:26Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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