Nanomaterials for Mirna Delivery and Non-Invasive Imaging in Cardiovascular Regeneration

Abstract

The development of noninvasive platforms to assess cell fate after transplantation is of utmost importance in the context of Regenerative Medicine. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a powerful non-invasive imaging platform, heavily relying on the use of contrast agents, mostly nanoparticles (NPs). Gadolinium (Gd) and Superparamagnetic Iron Oxide (SPIO) NPs are contrast agents in clinical use, however these agents may cause liver toxicity, give rise to image artifacts in MRI, and typically have not been used as a drug delivery system. In this work, we developed a novel NP formulation containing fluorine to overcome the previous limitations. The NPs are based on poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) which is a biocompatible and versatile polymer approved for human use . PLGA NPs containing fluorine were developed to label and track cells overtime and as vectors for microRNA (miR) delivery, which improves cell survival in hypoxic conditions. Herein we show that the fluorine-based NPs are a reliable approach to track non-invasively cells with clinical relevance (endothelial cells and cord-blood derived mononuclear cells) and simultaneously control the intracellular delivery of pro-survival and pro-angiogenic miRs. Also systems for in vitro and in vivo imaging via MRI of fluorine are developed and here explained. Furthermore in vivo studies are performed which show the therapeutic uses of such system. Additionally we also address the optimization of protocols for stem cell culture which may enhance proliferation and promote pluripotency in cardiac stem cells (CSCs) so as we can fully explore the potential of these cells in vivo using out novel theranostic NPs platform. We are the first authors developing and relating these novel developments.

O desenvolvimento de plataformas não-invasivas para avaliar o destino das células após o transplante é de extrema importância no contexto da medicina regenerativa. Imagem por Ressonância Magnética (MRI) é uma plataforma de imagem não invasiva poderosa, baseando-se fortemente na utilização de agentes de contraste, principalmente nanopartículas (NP). Gadolínio (Gd) e NPs de óxido de ferro superparamagnéticas (SPIO) são os agentes de contraste em utilização clínica, no entanto, estes agentes podem provocar toxicidade hepática, dar origem a artefactos de imagem em MRI, e, tipicamente, não têm sido utilizados como um sistema de entrega de biomoleculas. Neste trabalho, foi desenvolvida uma nova formulação de NPs com contendo de flúor para superar as limitações anteriores. As NPs são baseados em poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), que é um polímero biocompatível e versátil aprovado para uso humano. PLGA NPs contendo flúor foram desenvolvidas a usadas para marcação de células e como vectores para entrega microRNA (miR), que melhora a sobrevivência das células em condições de hipóxia. Aqui, mostramos que os NP com flúor são uma abordagem fiável para rastrear as células de forma não invasiva com relevância clínica (células endoteliais e células mononucleares derivadas de sangue do cordão) e, simultaneamente, controlar a entrega intracelular de miRs de pró-sobrevivência e pró-angiogénicos. Para sistemas in vitro e in vivo de imagens por meio de ressonância magnética do flúor também foram também desenvolvidos sistemas aqui demonstrados. Além disso, em estudos in vivo realizados mostramos os usos terapêuticos de tal sistema. Além disso, também abordamos a optimização de protocolos de cultura de células estaminais que podem aumentar a proliferação e promover a pluripotência em células estaminais cardíacas (CSCs), de modo que possamos explorar plenamente o potencial dessas células in vivo utilizando a nova plataforma NP. Nós somos os primeiros autores a desenvolvimento e relatar estes novos desenvolvimentos.