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Tesis:

Biotechnological engineering of Turnip mosaic virus-derived nanoparticles by functionalization with natural compounds of different biological activities

  • Autor: VELÁZQUEZ LAM, Edith

  • Título: Biotechnological engineering of Turnip mosaic virus-derived nanoparticles by functionalization with natural compounds of different biological activities

  • Fecha: 2021

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS

  • Departamentos: SIN DEPARTAMENTO DEFINIDO

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/66419/

  • Director/a 1º: PONZ ASCASO, Fernando

  • Resumen: En la presente tesis se evalúan nanopartículas de plantas derivadas del Virus del mosaico del nabo (TuMV) como plataformas tecnológicas. Estas nanopartículas virales (VNPs) pueden ser modificadas químicamente al conjugar moléculas a la superficie de la cápsida del virus. Lo anterior permite diseñar nanopartículas que responden a un número de necesidades, lo que las hace un biomaterial invaluable. Las VNPs fueron producidas al inocular mostaza india (Brassica juncea L.). Se analizó el potencial de TuMV para aplicaciones biomédicas evaluando su citotoxicidad en cultivos celulares. Se conjugaron químicamente las moléculas fluorescentes Alexa555 y Cy5.5 para determinar la interacción de TuMV con células de mamífero. Se encontró que TuMV tiene interacción con las células en la parte exterior de la membrana plasmática y se encontraron evidencias de la presencia de TuMV en el espacio intracelular. Se inyectó TuMV-Cy5.5 a ratones immunodeficientes Foxn1nu, se hizo un seguimiento in vivo durante cuatro días, se sacrificaron los animales y se recogieron muestras de tejido para determinar la distribución de TuMV en órganos. Se encontró que las nanopartículas se acumulaban en el hígado y en tejido de tumor lo que abre la puerta para el uso de TuMV como agente teranóstico. En esta tesis, la conjugación química de galato de epigalocatequina (EGCG) se llevó a cabo mediante la reacción de Mannich. Se encontró que TuMV-EGCG mostraba actividades antimicrobiana, antibiofilm y antitumoral superiores, en comparación con EGCG libre. Los ensayos in vivo de Pseudomonas syringae en plantas de tomate mostraron que EGCG-TuMV es capaz de disminuir la virulencia bacteriana. En cuanto a la actividad antiviral, se encontró que EGCG-TuMV mostraba un menor efecto en la inhibición de infección del virus Zika (ZIKV). Finalmente, se evaluó TuMV como aditivo para gelatina metacrilada (GelMA). Los hidrogeles han cobrado importancia debido a que tienen cualidades similares a la matriz extracelular de mamíferos y se han convertido en un biomaterial clave para la ingeniería de tejidos. Los ensayos con formulaciones de TuMV-GelMA mostraron su compatibilidad como biotinta para impresiones tridimensionales que pueden ser usadas como soporte para cultivos celulares. El factor de crecimiento epitelial (EGF) se conjugó químicamente a la superficie de TuMV y se generaron formulaciones EGF-TuMV-GelMA. Se encontró que EGF retiene su actividad y que su adición a la matriz de gel estimula la proliferación celular. En este trabajo se pone de manifiesto la versatilidad de TuMV como herramienta tecnológica. Es posible modificar la superficie de la cápsida con diferentes moléculas con actividades biológicas diferentes manteniendo su actividad. Lo anterior reafirma su potencial para numerosas aplicaciones biotecnológicas. ----------ABSTRACT---------- In this thesis, plant-nanoparticles derived from Turnip mosaic virus (TuMV) were evaluated as a technological platform. These Viral Nanoparticles (VNPs) can be modified by chemically attaching molecules to its surface in order to cater different purposes, which make them valuable biomaterials. The VNPs were produced by inoculation of Indian mustard (Brassica juncea L.). TuMV was evaluated for biomedical applications by testing cytotoxicity to cell cultures. Furthermore, TuMV was coupled with fluorescent molecules Alexa555 and Cy5.5 to assess interaction of TuMV with cells. Interaction of TuMV with mammalian cell lines was found at both extracellular and intracellular levels. TuMV-Cy5.5 was injected to immunodeficient mice (Foxn1nu), allowed to distribute in vivo for four days, and organs were harvested to determine organ distribution of VNPs. It was found that liver and tumor tissue showed the highest accumulation of TuMV-Cy5.5. In this thesis, the chemical conjugation of epigallocatechin gallate (EGCG) was performed via Mannich reaction. TuMV-EGCG showed enhanced antimicrobial, antibiofilm and antitumor activities in comparison to free EGCG. In vivo assays of Pseudomonas syringae against tomato plants showed that EGCG-TuMV was capable of diminishing bacterial virulence. Also, antiviral activity against Zika virus (ZIKV) was tested finding low antiviral activity. TuMV was tested as an additive for gelatyn methacryloil (GelMa). Hydrogels resemble some of the properties of the extracellular matrix in mammals and have become a key biomaterial in the tissue engineering arena. Assays with TuMV-GelMA formulations showed that this can be used as a bioink for 3-D printing and as a scaffold for cell proliferation enhancing elongation. Furthermore, the epithelial growth factor (EGF) was chemically attached to TuMV surface and used as a functionalized additive for GelMa bioinks. Tests showed that EGF retained its activity and its addition to a gel matrix allowed cellular proliferation. In this thesis, the possibility of chemically attaching different molecules while retaining its activity is proven. Also, it tests the versatility of TuMV as a biomaterial that can be used in an array of different scenarios.