Microfluídica para la mezcla de múltiples fases y encapsulación liposomal de nanobioconjugados: sistemas pasivos vs. sistemas acústicos
Autores: Giraldo, Kevin A.; Bermudez, Juan Sebastian; Torres, Carlos E.; Reyes, Luis H.; Osma, Johann F.; Cruz, Juan C.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Microfluídica para la mezcla de múltiples fases y encapsulación liposomal de nanobioconjugados: sistemas pasivos vs. sistemas acústicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Encapsulación
Liposomas
Magnetoliposomas
Nanobioconjugados
Dispositivo microfluídico
Ultrasonido
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Una de las principales rutas para asegurar que las biomoléculas o agentes bioactivos permanezcan activos al ser incorporados en productos con aplicaciones en diferentes industrias es a través de su encapsulación. Los liposomas son plataformas atractivas para la encapsulación debido a su facilidad de síntesis y manipulación, así como al potencial de fusionarse con las membranas celulares cuando se destinan a aplicaciones de entrega de fármacos. Proponemos encapsular nuestros nanobioconjugados de penetración celular recientemente desarrollados, basados en magnetita interfacada con proteínas y péptidos translocadores, con el propósito de potenciar aún más sus capacidades de internalización celular. Para preparar los encapsulados (también conocidos como magnetoliposomes (MLPs)), introdujimos un dispositivo microfluídico de bajo costo equipado con un microcanal serpentino para favorecer la interacción entre los liposomas y los nanobioconjugados. El rendimiento de encapsulación del dispositivo, operado de manera pasiva o en presencia de ultrasonido, fue evaluado tanto in silico como experimentalmente. El análisis in silico se implementó a través de simulaciones multifísicas con el software COMSOL Multiphysics 5.5(r) (COMSOL Inc., Estocolmo, Suecia) mediante un modelo euleriano y un modelo de transporte de especies diluidas. La eficiencia de encapsulación se determinó experimentalmente, ayudada por espectrofluorimetría. Las eficiencias de encapsulación obtenidas experimentalmente y in silico se acercaron al 80% para las relaciones de flujo más altas (FRRs). En comparación con el mezclador pasivo, los resultados in silico del dispositivo bajo ondas acústicas llevaron a mayores discrepancias con respecto a los obtenidos experimentalmente. Esto se atribuyó a la complejidad del proceso en tal situación. Los MLPs obtenidos demostraron una encapsulación exitosa de los nanobioconjugados por ambos métodos, con una reducción del 36% en tamaño para los obtenidos en presencia de ultrasonido. Estos hallazgos sugieren que los micromezcladores serpenteantes propuestos son muy adecuados para producir MLPs de manera muy eficiente y con propiedades fisicoquímicas clave homogéneas.
Descripción
Una de las principales rutas para asegurar que las biomoléculas o agentes bioactivos permanezcan activos al ser incorporados en productos con aplicaciones en diferentes industrias es a través de su encapsulación. Los liposomas son plataformas atractivas para la encapsulación debido a su facilidad de síntesis y manipulación, así como al potencial de fusionarse con las membranas celulares cuando se destinan a aplicaciones de entrega de fármacos. Proponemos encapsular nuestros nanobioconjugados de penetración celular recientemente desarrollados, basados en magnetita interfacada con proteínas y péptidos translocadores, con el propósito de potenciar aún más sus capacidades de internalización celular. Para preparar los encapsulados (también conocidos como magnetoliposomes (MLPs)), introdujimos un dispositivo microfluídico de bajo costo equipado con un microcanal serpentino para favorecer la interacción entre los liposomas y los nanobioconjugados. El rendimiento de encapsulación del dispositivo, operado de manera pasiva o en presencia de ultrasonido, fue evaluado tanto in silico como experimentalmente. El análisis in silico se implementó a través de simulaciones multifísicas con el software COMSOL Multiphysics 5.5(r) (COMSOL Inc., Estocolmo, Suecia) mediante un modelo euleriano y un modelo de transporte de especies diluidas. La eficiencia de encapsulación se determinó experimentalmente, ayudada por espectrofluorimetría. Las eficiencias de encapsulación obtenidas experimentalmente y in silico se acercaron al 80% para las relaciones de flujo más altas (FRRs). En comparación con el mezclador pasivo, los resultados in silico del dispositivo bajo ondas acústicas llevaron a mayores discrepancias con respecto a los obtenidos experimentalmente. Esto se atribuyó a la complejidad del proceso en tal situación. Los MLPs obtenidos demostraron una encapsulación exitosa de los nanobioconjugados por ambos métodos, con una reducción del 36% en tamaño para los obtenidos en presencia de ultrasonido. Estos hallazgos sugieren que los micromezcladores serpenteantes propuestos son muy adecuados para producir MLPs de manera muy eficiente y con propiedades fisicoquímicas clave homogéneas.