Desarrollo de microcápsulas como vehículos de liberación de componentes bioactivos

Abstract

[ES] Este trabajo final de grado se enmarca en el proyecto de investigación Microentorno adaptativo para un modelo de enfermedad in vitro de mieloma múltiple PID2022-138572OB-C41. El objetivo del proyecto es avanzar en el desarrollo de una plataforma de cultivo de las células del paciente de mieloma múltiple en un entorno realista que simule el microentorno tumoral. En ese sentido, resulta esencial simular la interacción entre las células plasmáticas tumorales y otros tipos celulares del nicho de la médula ósea, en particular, las células madre mesenquimales, MSC. Debido a las dificultades que presenta realizar un co-cultivo in vitro con MSCs y células tumorales de mieloma múltiple a consecuencia de las distintas condiciones requeridas por cada tipo celular, se plantea la alternativa de sustituir las células madre mesenquimales por el secretoma generado por ellas. La estrategia es suministrar el secretoma de MSC en el medio donde se cultivan las células plasmáticas de forma controlada desde un biomaterial. Concretamente en este trabajo se estudiará la formación de microcápsulas con núcleo de alginato y recubrimiento de gelatina A y ácido hialurónico como futuro vehículo de liberación de secretoma de MSC. En este contexto, la liberación de secretoma de MSC desde microcápsulas presenta dos problemáticas que se tratarán de analizar: la carga del secretoma, y el amplio rango de tamaños que abarcan las moléculas que lo conforman. Con respecto a la primera, el secretoma de MSC es un conjunto de moléculas solubles en agua, lo que representa un inconveniente si en el proceso de carga y recubrimiento de las microcápsulas se requiere del uso soluciones acuosas, puesto que parte del secretoma podría perderse en el proceso. Para encontrar una posible solución, se estudiará un método de carga de moléculas solubles conocido como doble emulsión. Por otro lado, la segunda de las problemáticas que presenta trabajar con el secretoma de MSC, es el gran abanico de tamaños de las moléculas que lo componen. Éstas varían desde proteínas como citocinas o factores de crecimiento hasta vesículas extracelulares o exosomas con pesos moleculares muy variables, lo que puede hacer que se liberen de forma gradual en función de sus tamaños. Esto no resultaría interesante a la hora de suministrar el secretoma en los medios cultivo, por lo que, siguiendo este enfoque, se buscará desarrollar un sistema de liberación no selectivo por tamaños, de modo que permita liberar la amplitud de moléculas que conforman el secretoma al mismo tiempo y de forma homogénea. Con todo esto, se pretende estudiar este sistema de liberación basado la síntesis de microcápsulas para el suministro del secretoma de MSCs en nuevas plataformas de cultivo.

[EN] This final degree work is part of the research project Adaptive microenvironment for an in vitro disease model of multiple myeloma PID2022-138572OB-C41. The aim of the project is to advance the development of a platform for culturing multiple myeloma patient cells in a realistic environment that simulates the tumour microenvironment. In this regard, it is essential to simulate the interaction between tumour plasma cells and other cell types in the bone marrow niche, in particular mesenchymal stem cells (MSCs). Due to the difficulties of co-culture in vitro with MSCs and multiple myeloma tumour cells because of the different conditions required by each cell type, the alternative is to substitute mesenchymal stem cells with the secretome generated by them. The strategy is to supply the MSC secretome in the medium where the plasma cells are cultured in a controlled manner from a biomaterial. Specifically, this work will study the formation of microcapsules with an alginate core and gelatin A and hyaluronic acid coating as a future vehicle for MSC secretome release. In this context, the release of MSC secretome from microcapsules presents two problems that will be analysed: the loading of the secretome, and the wide range of sizes of the molecules that comprise it. Regarding the first one, the MSC secretome is a set of water-soluble molecules, which represents a drawback if the loading and coating process of the microcapsules requires the use of aqueous solutions, since part of the secretome could be lost in the process. In order to find a possible solution, a method of loading soluble molecules known as double emulsion will be studied. On the other hand, the second problem of working with the MSC secretome is the wide range of sizes of the molecules that compose it. These range from proteins such as cytokines or growth factors to extracellular vesicles or exosomes with highly variable molecular weights, which can cause them to be released gradually depending on their size. This would not be interesting when supplying the secretome in culture media, so following this approach, the aim is to develop a release system that is not size-selective, so as to release the whole range of molecules that make up the secretome at the same time and in a homogeneous manner. With all this, the aim is to study this release system based on the synthesis of microcapsules for the delivery of the MSCs secretome in new culture platforms.