Development of hydrogel dressings as delivery platforms for sustained and controlled delivery of miRNA for the treatment of diabetic foot ulcers

Abstract

Les úlceres de peu diabètic (UPDs) destaquen com una de les complicacions més desafiants de la diabetis. Els tractaments actuals estan centrats en hidratar la ferida i prevenir infeccions, tancant la ferida de manera ineficaç i només endarrerint l'amputació d'extremitats en nombrosos casos. En els darrers anys, es va descobrir que la desregulació de diversos segments de microARN (miARNs) en els fibroblasts diabètics estan relacionats amb funcions importants en la cicatrització de ferides com la proliferació. Específicament, es va trobar que la sobreexpressió de dos miARNs estava especialment involucrada. Així, la inhibició d'aquests miARN problemàtics sorgeix com un enfocament interessant per accelerar la proliferació dels fibroblasts amb l'objectiu de tancar les UPDs, prevenir amputacions i millorar la qualitat de vida del pacient.

La tecnologia desenvolupada en la tesi consisteix en un apòsit injectable a base d'hidrogel dopat amb poliplexos per lliurar localment material genètic a fibroblasts de manera sostinguda. El desenvolupament de la plataforma es realitza en diferents parts. Primer, es va optimitzar una nova formulació de poliplexos de poli(β-aminoèsters) (PBAE) anomenada C6RH per transfectar fibroblasts de la dermis, mostrant eficiències sense precedents per a aquest tipus de cèl·lules primàries. A continuació, es van explorar diversos hidrogels basats en polietilenglicol (PEG) de 4 braços tiolat reticulat amb PBAEs hidrofílics que reaccionen amb tiols. Així, l'ús de PBAE tant a l'hidrogel com als poliplexos podria augmentar l'estabilitat de les partícules. S'obtingueren diferents formulacions ajustant la relació PEG/PBAE i el nombre de grups reactius per cadena. Els hidrogels preparats es van dopar amb els poliplexos C6RH després. Això va mostrar un comportament divergent a la degradació donant com a resultat diferents perfils d'alliberament. Els fibroblasts es van transfectar in vitro usant les plataformes completes mostrant una eficàcia exitosa.

Finalment, els poliplexos es van re-optimitzar per administrar miARN terapèutics a fibroblasts aïllats d'úlceres de pacients diabètics. La transfecció dels inhibidors de miARN va resultar en un augment de la proliferació i la restauració de l'expressió alterada de diferents gens implicats en la cicatrització de ferides. En general, la tecnologia desenvolupada permet el naixement de noves teràpies gèniques pel tractament de ferides diabètiques. A més, les altes eficiències de transfecció juntament amb la facilitat de modificació dels poliplexos obren la possibilitat del seu ús en altres aplicacions seguint aquest enfocament generalitzable.

Las úlceras de pie diabético (UPDs) destacan como una de las complicaciones más desafiantes de la diabetes. Los tratamientos actuales están centrados en hidratar la herida y prevenir infecciones, cerrando la herida de manera ineficaz y solo retrasando la amputación de extremidades en numerosos casos. En los últimos años, se descubrió que la desregulación de varios segmentos de micro-ARN (miARNs) en los fibroblastos diabéticos están relacionados con funciones importantes en la cicatrización de heridas como la proliferación. Específicamente, se encontró que la sobreexpresión de dos miARNs estaba especialmente involucrada. Así, la inhibición de estos miARN problemáticos surge como un enfoque interesante para acelerar la proliferación de los fibroblastos con el objetivo de cerrar las UPDs, prevenir amputaciones y mejorar la calidad de vida del paciente.

La tecnología desarrollada en la tesis consiste en un apósito inyectable a base de hidrogel dopado con poliplejos para entregar localmente material genético a fibroblastos de manera sostenida. El desarrollo de la plataforma se realiza en diferentes partes. Primero, se optimizó una nueva formulación de poliplejos de poli(β-aminoésteres) (PBAE) denominada C6RH para transfectar fibroblastos de la dermis, mostrando eficiencias sin precedentes para este tipo de células primarias. A continuación, se exploraron varios hidrogeles basados en polietilenglicol (PEG) de 4 brazos tiolado reticulado con PBAEs hidrofílicos que reaccionan con tioles. Así, el uso de PBAE tanto en el hidrogel como en los poliplejos podría aumentar la estabilidad de las partículas. Se obtuvieron diferentes formulaciones ajustando la relación PEG/PBAE y el número de grupos reactivos por cadena. Los hidrogeles preparados se doparon con los poliplejos C6RH después. Esto mostró un comportamiento divergente en la degradación dando como resultado diferentes perfiles de liberación. Los fibroblastos se transfectaron in vitro usando las plataformas completas mostrando una eficacia exitosa.

Finalmente, los poliplejos se re-optimizaron para administrar miARN terapéuticos a fibroblastos aislados de úlceras de pacientes diabéticos. La transfección de los inhibidores de miARN resultó en un aumento de la proliferación y restauración de la expresión alterada de diferentes genes implicados en la cicatrización de heridas. En general, la tecnología desarrollada permite el nacimiento de nuevas terapias génicas para el tratamiento de heridas diabéticas. Además, las altas eficiencias de transfección junto con la facilidad de modificación de los poliplejos abren la posibilidad de su uso en otras aplicaciones siguiendo este enfoque generalizable.

Las úlceras de pie diabético (UPDs) destacan como una de las complicaciones más desafiantes de la diabetes. Los tratamientos actuales están centrados en hidratar la herida y prevenir infecciones, cerrando la herida de manera ineficaz y solo retrasando la amputación de extremidades en numerosos casos. En los últimos años, se descubrió que la desregulación de varios segmentos de micro-ARN (miARNs) en los fibroblastos diabéticos están relacionados con funciones importantes en la cicatrización de heridas como la proliferación. Específicamente, se encontró que la sobreexpresión de dos miARNs estaba especialmente involucrada. Así, la inhibición de estos miARN problemáticos surge como un enfoque interesante para acelerar la proliferación de los fibroblastos con el objetivo de cerrar las UPDs, prevenir amputaciones y mejorar la calidad de vida del paciente.

La tecnología desarrollada en la tesis consiste en un apósito inyectable a base de hidrogel dopado con poliplejos para entregar localmente material genético a fibroblastos de manera sostenida. El desarrollo de la plataforma se realiza en diferentes partes. Primero, se optimizó una nueva formulación de poliplejos de poli(β-aminoésteres) (PBAE) denominada C6RH para transfectar fibroblastos de la dermis, mostrando eficiencias sin precedentes para este tipo de células primarias. A continuación, se exploraron varios hidrogeles basados en polietilenglicol (PEG) de 4 brazos tiolado reticulado con PBAEs hidrofílicos que reaccionan con tioles. Así, el uso de PBAE tanto en el hidrogel como en los poliplejos podría aumentar la estabilidad de las partículas. Se obtuvieron diferentes formulaciones ajustando la relación PEG/PBAE y el número de grupos reactivos por cadena. Los hidrogeles preparados se doparon con los poliplejos C6RH después. Esto mostró un comportamiento divergente en la degradación dando como resultado diferentes perfiles de liberación. Los fibroblastos se transfectaron in vitro usando las plataformas completas mostrando una eficacia exitosa.

Finalmente, los poliplejos se re-optimizaron para administrar miARN terapéuticos a fibroblastos aislados de úlceras de pacientes diabéticos. La transfección de los inhibidores de miARN resultó en un aumento de la proliferación y restauración de la expresión alterada de diferentes genes implicados en la cicatrización de heridas. En general, la tecnología desarrollada permite el nacimiento de nuevas terapias génicas para el tratamiento de heridas diabéticas. Además, las altas eficiencias de transfección junto con la facilidad de modificación de los poliplejos abren la posibilidad de su uso en otras aplicaciones siguiendo este enfoque generalizable.