Publicação
Development of microfluidic-based tools to mimic the human gastrointestinal tract
| Resumo: | O desenvolvimento de novos nanomateriais capazes de transportar aditivos alimentares, ingredientes ou outros compostos bioativos, para administração oral, levanta questões relacionadas com a sua eficácia e segurança no corpo humano. Modelos in vitro robustos e confiáveis são de extrema importância para a realização de testes preliminares que precedam os modelos animais. A microfluídica permite o desenvolvimento de ferramentas capazes de efetuar estudos sobre a bioacessibilidade e permeabilidade intestinal de amostras, trazendo vantagens de operação e ao mesmo tempo reduzindo o consumo de amostra e reagentes e produção de resíduos. Este trabalho aborda o desenvolvimento de uma nova plataforma microfluídica modular, compreendendo um digestion chip e um gut-chip. Os principais objetivos desta tese são: 1) estudar os fatores que influenciam a absorção de pequenas moléculas por dispositivos baseados em polidimetilsiloxano (PDMS), 2) estudar as modificações de superfície e matriz do PDMS com o objetivo de reduzir a absorção destas moléculas, 3) desenvolver um modelo de digestão in vitro, designado por digestion-chip, 4) obter culturas de células epiteliais intestinais robustas on chip. Os estudos realizados demonstraram que diferentes fatores afetam a absorção de pequenas moléculas pelo PDMS, tais como a hidrofobicidade da molécula, o solvente e concentração do soluto usados e o tempo de residência determinado pela taxa de fluxo. Modificações de superfície e matriz foram testadas para prevenir a absorção. O seu sucesso e estabilidade foram avaliadas através da medição do ângulo de contacto de água. Quase todas as modificações testadas levaram a uma diminuição do ângulo de contato de água. No entanto, estas modificações foram transientes resultando numa reversão da hidrofobicidade natural do elastómero ao longo de 21 dias. Além disso, nenhuma das modificações testada resultou numa redução significativa da absorção das moléculas. Isto indicou que, quando a absorção de moléculas é problemática, materiais alternativos devem ser considerados para a fabricação de dispositivos. A digestão on-chip foi quantificada pela medição da intensidade de fluorescência de uma caseína quenched que se torna fluorescente após digestão. Embora a digestão tenha ocorrido numa menor extensão on-chip, quando comparado com o protocolo estático da INFOGEST, os resultados demonstraram ser consistentes e reprodutíveis e uma cinética de digestão resolvida no tempo foi obtida on-chip. No gut-chip, a morfologia das células Caco-2 foi avaliada por imunocitoquímica, marcando o núcleo, proteínas de junção (ocludina) e actina. Imagens confocais demonstraram uma monocamada de Caco-2 diferenciada com células epiteliais polarizadas com núcleos basais que melhor aproximam o epitélio intestinal humano. No geral, este trabalho avalia o potencial de sistemas baseados em microfluídica como ferramentas in vitro para estudar a digestão e absorção de compostos funcionais desenvolvidos para administração oral, com o objetivo de diminuir a lacuna entre modelos dinâmicos complexos e os modelos estáticos simplistas. |
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| Autores principais: | Rodrigues, Patrícia Martins |
| Assunto: | Microfluídica Lab-on-a-chip Digestões in vitro Permeabilidade intestinal Gut-chip Microfluidics In vitro digestion Intestinal permeability |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O desenvolvimento de novos nanomateriais capazes de transportar aditivos alimentares, ingredientes ou outros compostos bioativos, para administração oral, levanta questões relacionadas com a sua eficácia e segurança no corpo humano. Modelos in vitro robustos e confiáveis são de extrema importância para a realização de testes preliminares que precedam os modelos animais. A microfluídica permite o desenvolvimento de ferramentas capazes de efetuar estudos sobre a bioacessibilidade e permeabilidade intestinal de amostras, trazendo vantagens de operação e ao mesmo tempo reduzindo o consumo de amostra e reagentes e produção de resíduos. Este trabalho aborda o desenvolvimento de uma nova plataforma microfluídica modular, compreendendo um digestion chip e um gut-chip. Os principais objetivos desta tese são: 1) estudar os fatores que influenciam a absorção de pequenas moléculas por dispositivos baseados em polidimetilsiloxano (PDMS), 2) estudar as modificações de superfície e matriz do PDMS com o objetivo de reduzir a absorção destas moléculas, 3) desenvolver um modelo de digestão in vitro, designado por digestion-chip, 4) obter culturas de células epiteliais intestinais robustas on chip. Os estudos realizados demonstraram que diferentes fatores afetam a absorção de pequenas moléculas pelo PDMS, tais como a hidrofobicidade da molécula, o solvente e concentração do soluto usados e o tempo de residência determinado pela taxa de fluxo. Modificações de superfície e matriz foram testadas para prevenir a absorção. O seu sucesso e estabilidade foram avaliadas através da medição do ângulo de contacto de água. Quase todas as modificações testadas levaram a uma diminuição do ângulo de contato de água. No entanto, estas modificações foram transientes resultando numa reversão da hidrofobicidade natural do elastómero ao longo de 21 dias. Além disso, nenhuma das modificações testada resultou numa redução significativa da absorção das moléculas. Isto indicou que, quando a absorção de moléculas é problemática, materiais alternativos devem ser considerados para a fabricação de dispositivos. A digestão on-chip foi quantificada pela medição da intensidade de fluorescência de uma caseína quenched que se torna fluorescente após digestão. Embora a digestão tenha ocorrido numa menor extensão on-chip, quando comparado com o protocolo estático da INFOGEST, os resultados demonstraram ser consistentes e reprodutíveis e uma cinética de digestão resolvida no tempo foi obtida on-chip. No gut-chip, a morfologia das células Caco-2 foi avaliada por imunocitoquímica, marcando o núcleo, proteínas de junção (ocludina) e actina. Imagens confocais demonstraram uma monocamada de Caco-2 diferenciada com células epiteliais polarizadas com núcleos basais que melhor aproximam o epitélio intestinal humano. No geral, este trabalho avalia o potencial de sistemas baseados em microfluídica como ferramentas in vitro para estudar a digestão e absorção de compostos funcionais desenvolvidos para administração oral, com o objetivo de diminuir a lacuna entre modelos dinâmicos complexos e os modelos estáticos simplistas. |
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