Engineering liposomes using microfluidic devices to model cancer-derived extracellular vesicles (EV)

Zouggari Ben El Khyat, Chaymaa (2022). Engineering liposomes using microfluidic devices to model cancer-derived extracellular vesicles (EV). Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (10MB) | Prévisualisation

Résumé

Liposomes are synthetic multivalent nanoparticles that can transport a variety of cargos, from genetic material such as RNA, like the most recent Covid-19 vaccines, to proteins and other molecules of interest. This delivery system was inspired by the naturally occurring extracellular vesicles (EVs), which are derived from all types of cells, including cancer cells. It has been shown that EVs contribute to the process of metastasis by transporting pro tumor factors to different organs, setting the stage for cancer growth. However, studying EVs is a complicated task due to their poor yield when isolating them from cells. The objective is therefore to provide a reliable protocol to produce synthetic liposomes that will mimic the physicochemical parameters of cancerous EVs, particularly their Z-average (diameter) and Zeta Potential (surface charge).

Liposomes were produced using a microfluidic device developed by Lopez (López et al., 2020). This chip uses Dean Flow Dynamics to control the mixing process of lipids and fabricate liposomes under rigorously controlled conditions. In order to further understand how liposomes are formed, a design of experiment (DoE) approach was used. Based on a Rotatable Central Composite Design, the experimental space involving the different factors that affect the Zeta Potential and Z-average of liposomes were explored. A series of models spanning a broad spectrum of size and Zeta Potential were obtained using Response Surface Methodology. This statistical approach has allowed us to successfully fabricate liposomes of the targeted size and Zeta Potential that mimic the naturally occurring cancer EVs that were previously characterized. Finally, a series of experiments were carried out to study the behavior of hepatocytes (liver cells) and fibroblasts (connective tissue) when exposed to liposomes mimicking the cancerous EVs.

The liposome synthesis approach presented in this work has the potential to be further developed by loading the liposomes and creating a tailored delivery system, allowing to further study cell-to-cell communication and metastasis and act as an optimized delivery system.

Titre traduit

Développement de liposomes qui imitent les vésicules extracellulaires dérivées de cellules cancéreuses en utilisant un dispositif microfluidique

Résumé traduit

Les liposomes sont des nanoparticules synthétiques polyvalentes qui peuvent transporter une variété de cargos: du matériel génétique tel que l'ARN, comme les plus récents vaccins Covid19, ainsi que des protéines et autres molécules d'intérêt. Ce système d'administration a été inspiré par les vésicules extracellulaires (VE) naturelles, qui proviennent de tous types de cellules, y compris les cellules cancéreuses. Il a été démontré que les VE contribuent au processus de métastase en transportant des facteurs pro-tumoraux vers différents organes, préparant ainsi le terrain pour la croissance du cancer. Cependant, l'étude et l'utilisation des VE à d'autres fins est une tâche compliquée en raison de leur faible rendement lorsqu'on les isole des cellules. L'objectif est donc de fournir un protocole fiable pour produire des liposomes synthétiques qui imiteront les paramètres physicochimiques des VE cancéreuses, en particulier leur moyenne Z (diamètre) et leur potentiel Zeta (charge de surface).

Les liposomes ont été produits à l'aide d'un dispositif microfluidique développé par Lopez (López et al., 2020). Cette puce utilisait la dynamique d'écoulement de Dean pour contrôler le processus de mélange des lipides et fabriquer des liposomes dans des conditions rigoureusement contrôlées. Afin de mieux comprendre comment les liposomes sont formés, une approche par plan d'expérience (DoE) a été utilisée. Sur la base d'un plan composite central rotatif, l'espace expérimental impliquant les différents facteurs qui affectent le potentiel Zeta et la moyenne Z des liposomes a été exploré. Une série de modèles couvrant un large spectre de taille et de potentiel Zeta ont été obtenus en utilisant la méthodologie de surface de réponse. Cette approche statistique nous a permis de fabriquer avec succès des liposomes de la taille et du potentiel Zeta ciblés qui imitent les VE à l'étude. Enfin, une série d'expériences a été réalisée pour étudier le comportement des hépatocytes (cellules du foie) et des fibroblastes (tissu conjonctif) lorsqu'ils sont exposés à des liposomes mimant les VE cancéreux.

L'approche de microfabrication des liposomes présentés dans ce travail a le potentiel d'être développée davantage en les utilisant comme moyen de transport en créant un système de livraison sur mesure, permettant d'étudier davantage la communication intercellulaire et le processus de métastase.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement for a master’s degree with thesis in engineering in healthcare technology". Comprend des références bibliographiques (pages 93-97).
Mots-clés libres:	liposomes, vésicules extracellulaires, micromélangeur, plan d’expérience
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Nerguizian, Vahé
Codirecteur:	Codirecteur Valdemarin Burnier, Julia
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	12 oct. 2022 14:55
Dernière modification:	12 oct. 2022 14:55
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3080

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt