Nanoparticle-based advanced therapies: drug delivery and CRISPR/Cas mediated gene editing

Abstract

Nanotechnology is an area of research that studies and uses materials between approximately 1 and 100 nm in size. At this scale, new properties appear allowing novel applications. In this sense, one of the most studied applications of nanotechnology in recent years is focused on the use of nanoparticles in medicine to diagnose and treat diseases such as cancer. In this thesis, different nanostructures have been used to transport various therapeutic agents for the treatment of cancer. In particular, albumin-based nanostructures were selected for the transport of antitumor drugs and CRISPR/Cas gene-editing proteins. Specifically, albumin stabilized gold nanoclusters (BSA-AuNCs) were used for the transportation of the drug AZD8055 for the treatment of uveal melanoma, and doxorubicin and SN38 in the same nanostructure to treat breast cancer. These drugs were covalently conjugated with stimuli-responsive linkers that allow for better control of the release of the drugs into the cancer sites, minimizing the exposure of healthy tissues to cytotoxic agents. The systems developed in this work presented remarkable antitumoral activity in in vitro and in vivo models...

La nanotecnología es una rama de la ciencia que estudia y usa materiales de entre aproximadamente 1 y 100 nm de tamaño. A esta escala, aparecen nuevas propiedades que permiten aplicaciones novedosas. En este sentido, una de las aplicaciones más estudiadas de la nanotecnología en los últimos años se centra en el uso de nanopartículas en medicina para diagnosticar y tratar enfermedades como el cáncer. En esta tesis, se han utilizado diferentes tipos de nanoestructuras para el transporte de agentes terapéuticos para el tratamiento del cáncer. Específicamente, se emplearon nanoestructuras basadas en albúmina para el transporte de fármacos antitumorales y proteínas del sistema de edición génica CRISPR/Cas. En concreto, se utilizaron nanoclusters de oro estabilizados con albúmina (BSA-AuNCs) para el transporte del fármaco AZD8055 para el tratamiento del melanoma de úvea, y doxorrubicina y SN38 en la misma nanoestructura para el tratamiento del cáncer de mama. Estos fármacos se conjugaron covalentemente con conectores sensibles a estímulos que liberan los fármacos específicamente en el tumor, minimizando el daño en los tejidos sanos. Los resultados obtenidos en este trabajo revelaron una disminución de la viabilidad celular en modelos in vitro e in vivo de los tumores seleccionados. Además del trasporte de agentes quimioterapéuticos, la BSA también fue utilizada como vehículo de la proteína de edición de génica Cpf1. En este caso, la BSA fue conjugada covalentemente con la Cpf1 para protegerla de la degradación prematura en los sistemas biológicos y favorecer su transporte a las células tumorales. Los resultados preliminares de este estudio mostraron la formación eficiente de un nanocomplejo de BSA-Cpf1 capaz de realizar el corte in vitro del gen EGFP...