| Fecha: |
2026 |
| Resumen: |
El càncer constitueix un conjunt de malalties que representen una de les principals causes de mortalitat a nivell mundial, amb una incidència creixent associada a l'envelliment de la població i a l'exposició continuada a factors de risc ambientals i genètics. A causa de la seva elevada complexitat biològica, molts dels tractaments actuals es basen en fàrmacs citotòxics que actuen sobre cèl·lules en proliferació, fet que provoca importants efectes secundaris sistèmics i sovint limita la dosi terapèutica administrable. En aquest context, els sistemes d'alliberament de fàrmacs basats en nanopartícules (drug delivery systems, DDS) han emergit com una estratègia prometedora per millorar la selectivitat terapèutica, reduir la toxicitat i augmentar l'eficàcia dels tractaments antitumorals. Entre les diferents plataformes disponibles, aquesta tesi es centra en les vaults, nanopartícules proteiques naturals que es troben al citosol i nucli cel·lular i estan formades per l'autoassemblatge de la Major Vault Protein (MVP). Aquestes estructures presenten una morfologia en forma de barril i una cavitat interna que permet l'aïllament de les partícules internalitzades del medi extern, indicis que apunten a una funcionalitat reguladora. La investigació més a fons d'aquesta nanopartícula ha permès descobrir la capacitat d'encapsular biomolècules terapèutiques, protegint-les de la degradació fins al seu alliberament dins de les cèl·lules diana degut al domini INT, que permet la incorporació específica de proteïnes de càrrega a l'interior de la nanopartícula, convertint les vaults en una plataforma modular amb gran potencial com a DDS. En aquesta tesi s'ha desenvolupat un sistema alternatiu de producció de vaults en cèl·lules de mamífer, aconseguint nivells elevats d'expressió de MVP i obtenint aproximadament 30-50 mg de proteïna purificada per litre de cultiu. Les nanopartícules resultants van mostrar la morfologia característica de les vaults i una elevada estabilitat estructural, confirmada mitjançant anàlisis fisicoquímiques com DLS i microscòpia electrònica. Paral·lelament, es va explorar l'expressió de MVP en Escherichia coli, obtenint una elevada producció de proteïna soluble però generant estructures amb una morfologia diferent de les vaults natives, tot i mantenir la capacitat d'interaccionar amb proteïnes fusionades al domini INT. Per conferir capacitat de targeting específic, es van desenvolupar diferents estratègies dirigides als receptors de dopamina, particularment el receptor DRD1. Es van generar mòduls de reconeixement basats tant en la conjugació de dopamina com en nanobodies seleccionats mitjançant phage display, demostrant la seva capacitat d'unió i internalització en cèl·lules que sobreexpressen aquest receptor. Finalment, es va explorar el sistema SpyTag-SpyCatcher com a eina per a la funcionalització modular de les vaults. En conjunt, els resultats d'aquesta tesi demostren el potencial de les vaults com a plataforma versàtil per al desenvolupament de sistemes d'alliberament de fàrmacs dirigits en teràpia anticancerosa. |
| Resumen: |
El cáncer constituye un conjunto de enfermedades que representan una de las principales causas de mortalidad a nivel mundial, con una incidencia creciente asociada al envejecimiento de la población y a la exposición continuada a factores de riesgo ambientales y genéticos. Debido a su elevada complejidad biológica, muchos tratamientos actuales se basan en fármacos citotóxicos que actúan sobre células en proliferación, lo que provoca importantes efectos secundarios sistémicos y limita con frecuencia la dosis terapéutica administrable. En este contexto, los sistemas de liberación de fármacos basados en nanopartículas (drug delivery systems, DDS) han emergido como una estrategia prometedora para mejorar la selectividad terapéutica, reducir la toxicidad y aumentar la eficacia de los tratamientos antitumorales. Entre las diferentes plataformas disponibles, esta tesis se centra en las vaults, nanopartículas proteicas naturales que se encuentran en el citosol y el núcleo celular y que están formadas por el autoensamblaje de la Major Vault Protein (MVP). Estas estructuras presentan una morfología en forma de barril y una cavidad interna que permite el aislamiento de las partículas internalizadas del medio externo, lo que sugiere una funcionalidad reguladora. Una investigación más profunda de esta nanopartícula ha permitido descubrir su capacidad para encapsular biomoléculas terapéuticas, protegiéndolas de la degradación hasta su liberación dentro de las células diana, gracias al dominio INT, que permite la incorporación específica de proteínas de carga en el interior de la nanopartícula, convirtiendo las vaults en una plataforma modular con gran potencial como DDS. En esta tesis se desarrolló un sistema alternativo de producción de vaults en células de mamífero, alcanzando niveles elevados de expresión de MVP y obteniendo aproximadamente 30-50 mg de proteína purificada por litro de cultivo. Las nanopartículas obtenidas mostraron la morfología característica de las vaults y una elevada estabilidad estructural, confirmada mediante análisis fisicoquímicos como DLS y microscopía electrónica. Paralelamente, se exploró la expresión de MVP en Escherichia coli, logrando una elevada producción de proteína soluble pero generando estructuras con una morfología distinta a la de las vaults nativas, aunque manteniendo la capacidad de interactuar con proteínas fusionadas al dominio INT. Con el objetivo de conferir capacidad de targeting específico, se desarrollaron distintas estrategias dirigidas a los receptores de dopamina, particularmente el receptor DRD1. Se generaron módulos de reconocimiento basados tanto en la conjugación de dopamina como en nanobodies seleccionados mediante phage display, demostrando su capacidad de unión e internalización en células que sobreexpresan este receptor. Finalmente, se exploró el sistema SpyTag-SpyCatcher como herramienta para la funcionalización modular de las vaults. En conjunto, los resultados de esta tesis demuestran el potencial de las vaults como plataforma versátil para el desarrollo de sistemas de liberación dirigida de fármacos en terapia anticancerosa. |
| Resumen: |
Cancer comprises a group of diseases that represent one of the leading causes of mortality worldwide, with a steadily increasing incidence associated with population aging and continuous exposure to environmental and genetic risk factors. Due to its high biological complexity, many current treatments rely on cytotoxic drugs that target proliferating cells, often leading to significant systemic side effects and limiting the administrable therapeutic dose. In this context, nanoparticle-based drug delivery systems (DDS) have emerged as a promising strategy to improve therapeutic selectivity, reduce toxicity, and enhance the efficacy of anticancer treatments. Among the different available platforms, this thesis focuses on vaults, natural protein nanoparticles found in the cytosol and cell nucleus, which are formed through the self-assembly of the Major Vault Protein (MVP). These structures exhibit a barrel-shaped morphology and an internal cavity that allows the isolation of internalized particles from the external environment, suggesting a regulatory function. Further investigation of this nanoparticle has revealed its ability to encapsulate therapeutic biomolecules, protecting them from degradation until their release inside target cells, due to the INT domain, which enables the specific incorporation of cargo proteins into the interior of the nanoparticle, thus turning vaults into a modular platform with great potential as a DDS. In this work, an alternative production system for vault nanoparticles was developed using mammalian cells, achieving high levels of MVP expression and obtaining approximately 30-50 mg of purified protein per liter of culture. The resulting nanoparticles displayed the characteristic vault morphology and high structural stability, confirmed by physicochemical analyses including dynamic light scattering (DLS) and electron microscopy. In parallel, MVP expression was explored in the prokaryotic system Escherichia coli, achieving high levels of soluble protein production but generating assemblies with a morphology distinct from native vaults. Despite these structural differences, these assemblies retained the ability to interact with INT-tagged proteins. To confer specific targeting capabilities, several strategies directed toward dopamine receptors were developed, particularly the DRD1 receptor, which is overexpressed in multiple tumor types. Recognition modules were generated based on dopamine conjugation as well as nanobodies identified through phage display, both demonstrating binding and internalization in DRD1-overexpressing cells. Finally, the SpyTag-SpyCatcher system was explored as a strategy for the modular functionalization of vault nanoparticles. Overall, the results presented in this thesis demonstrate the potential of vault nanoparticles as a versatile platform for the development of targeted drug delivery systems for cancer therapy. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biotecnologia |
| Derechos: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Lengua: |
Anglès |
| Documento: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Materia: |
Nanopartícules de Vault ;
Vault Nanoparticles ;
Nanopartículas de Vault ;
Drug Delivery System ;
Direcció receptor cel·lular ;
Cell-receptor targeting ;
Dirección receptor celular ;
Ciències de la Salut |
visitante ::
identificación
