Microfluidic model for microvasculature transfection through non-viral gene delivery

The present study aimed to find a relation between the dimension of particles and internalization rate, as well as between the dose of nucleic acid and transfection efficiency. Since the advantages of microfluidics in the field of biology, along with the growing interest in the development of microvasculature for drug screening, a microvascular microfluidic model was chosen and screened. The network growth assessment showed that intermediate concentrations of cells, and an intermediate thickness of fibrin gel led to a well-connected and perfusable network. In particular, the concentration of cells played a critical role in modifying the morphology of the network: high concentrations led cells to settle and create a 2D-like structure, while low concentrations led to poor network. The perfusability assessment confirmed the growth assessment analysis, while showed that the intermediate dimension of microparticles achieve the best results, accompanied with a negligible cytotoxicity of the microparticles. As concern transfection, results showed that transfection efficiency did not depend on the medium used, while serum led lipoplexes to be highly cytotoxic. In addition, there was a strong dependence between the dose of the nuclei acid and the transfection efficiency. This study illustrated the development and the validation of an innovative methodology that combined microfluidics, which permitted the growth and the optimization of a perfusable and branched microvascular network, and gene delivery, which, by means of non-viral carriers, allowed to transfect the endothelium of microvasculature.

Il presente studio mirava a trovare una relazione tra la dimensione delle particelle e il tasso di internalizzazione, nonché tra la dose di acido nucleico e l'efficienza di trasfezione. Poiché i vantaggi della microfluidica nel campo della biologia, insieme al crescente interesse per lo sviluppo della microvascolatura per lo screening dei farmaci, è stato scelto e analizzato un modello di microfluidica microvascolare. La valutazione della crescita della rete ha mostrato che concentrazioni intermedie di cellule e uno spessore intermedio di gel di fibrina hanno portato a una rete ben collegata e perfondibile. In particolare, la concentrazione di cellule ha svolto un ruolo critico nel modificare la morfologia della rete: alte concentrazioni hanno portato le cellule a stabilirsi e creare una struttura simile al 2D, mentre basse concentrazioni hanno portato a una scarsa rete. La valutazione della perfondibilità ha confermato i risultati dell’analisi della crescita, mentre ha mostrato che la dimensione intermedia delle microparticelle raggiunge i risultati migliori, accompagnata da una trascurabile citotossicità delle microparticelle. Per quanto riguarda la trasfezione, i risultati hanno mostrato che l'efficienza della trasfezione non dipendeva dal mezzo utilizzato, mentre il siero ha portato i lipoplessi ad essere piuttosto citotossici. Inoltre, c'era una forte dipendenza tra la dose dell'acido nucleico e l'efficienza della trasfezione. Questo studio ha illustrato lo sviluppo e la validazione di una metodologia innovativa che ha combinato la microfluidica, che ha permesso la crescita e l'ottimizzazione di una rete microvascolare perfondibile e ramificata, e il gene delivery, che, mediante vettori non-virali, ha permesso di trasfettare l'endotelio della microvascolatura.