Orientadores: Lucimara Gaziola de la Torre, Charles BaroudTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, École Polytechnique - FrançaResumo: Este trabalho visou o uso de um sistema microfluídico de gotas para incorporar ácidos nucleicos em lipossomas catiônicos e outro para estudar o processo de transfecção em células de mamíferos. A primeira etapa do projeto utilizou um microdispositivo para incorporar pDNA em lipossomas catiônicos de modo a obter lipoplexos reprodutíveis e adequados para transfectar células dendríticas (DCs). Com esta finalidade, alguns parâmetros experimentais foram investigados, tais como vazões de entrada, manutenção das propriedades dos lipossomas após processamento no microdispositivo, características dos lipoplexos (tamanho, polidispersidade e carga) em função da razão molar de carga (R+/-) e do desenho do microdispositivo. Lipoplexos produzidos em microdispositivo com canal de serpentina largo e região de divisão de gotas que diminuem a polidispersidade dos lipoplexos, operando à razão de vazão água/óleo 0,25 e R+/- 1,5; 3; 5; 7 e 10 foram utilizados para transfectar DCs in vitro. Todos os lipoplexos foram capazes de transfectar as DCs e ao mesmo tempo proporciaonar a ativação das células. A segunda etapa do trabalho utilizou uma plataforma microfluídica de célula única para investigar e controlar as condições de transfecção, tendo em vista a otimização dos rendimentos de produção de proteínas recombinantes. Neste contexto, as células de ovário de hamster Chinês (CHO-S) foram transfectadas no microdispositivo com diferentes tipos de lipoplexos (R+/- 1,5; 3; 5) e monitoradas em relação à produção de proteína verde fluorescente (GFP) e viabilidade celular. A plataforma de célula única permite avaliar a heterogeneidade celular, revelando a presença de uma subpopulação que produz níveis elevados de GFP. Essas células com alta produção de GFP (HP) mostraram um aumento do tamanho celular em comparação à média da população. Além disso, a carga dos lipoplexes apresenta um importante papel na transfecção das células CHO-S, visto que os únicos lipoplexos com carga positiva R+/- 5 produziram mais HPs. A quantidade de pDNA entregue às células afeta a produção de proteína, já que os lipoplexos com mais pDNA R+/- 1,5 aumentaram a produtividade específica de GFP das HPs. Esta tese foi desenvolvida no âmbito de um programa de co-tutela entre a Universidade Estadual de Campinas, Brasil e a École Polytechnique, França. Em geral, este trabalho apresenta contribuições originais para as áreas da microfluídica e da entrega de genesAbstract: This work aimed at using one droplet-based microfluidic systems to incorporate nucleic acids into cationic liposomes and another one to study the mammalian cell transfection process. In the first part of this study we used a droplet-based microfluidic system to complex cationic liposomes with pDNA in order to obtain reproducible and suitable lipoplexes to dendritic cells (DCs) transfection. For this purpose, some experimental parameters were investigated, such as inlet flow rates, the maintenance of liposomes¿ properties after microfluidic processing, lipoplex characteristics (size, polydispersity and zeta potential) as function of molar charge ratio (R+/-) and microchip design. Lipoplexes produced in a microchip with large serpentine channel and split region, which decreases lipoplex polydispersity, operating at ratio aqueous/oil flow rate 0.25 and R+/- 1.5, 3, 5, 7 and 10 were used to transfect DCs in vitro. All lipoplexes transfected DCs and resulted in cell activation. In the second part of this study we used a single-cell microfluidic platform to investigate and control transfection conditions, in view of optimizing the recombinant protein production by transfected cells. Chinese hamster ovary cells (CHO-S) were transfected in microchip with different types of lipoplexes (R+/- 1.5, 3, 5) and monitored by green fluorescent protein (GFP) production and cell viability. The single-cell platform enables to assess the heterogeneities of CHO-S population, revealing the presence of a subpopulation producing significantly high levels of GFP. These high producers (HP) showed increased cell size in comparison to the average population. Moreover, the charge of lipoplexes shows an important role to transfect CHO-S, since the unique positive charged lipoplex R+/- 5 produced more HPs. Additionally, the amount of pDNA delivered affects protein production, since R+/- 1.5 with more pDNA increased GFP specific productivity of HPs. This thesis was developed under the joint graduate program of the University of Campinas, Brazil and École Polytechnique, France. In general, this work presents original contributions in the areas of microfluidics and gene deliveryDoutoradoDesenvolvimento de Processos BiotecnologicosDoutora em Engenharia Quimica2012/24797-2, 2014/10557-5FAPES
