Mechanical-based cell stimulation for non-viral gene delivery

The focus of this Thesis work was the design, the development and the validation of an innovative gene delivery system based on the combination of cell mechanical stimulation and well-established non-viral vectors with the purpose of increasing the overall transfection efficiency (i.e. the successful delivery of the transgene in cells and its expression) of PEI-based polyplexes in vitro. With this outlook, an ad hoc experimental setup able to exert equiaxial cyclic cell-stretch on 2D cell cultures was developed and the strain distribution of culture substrates during stimulation was evaluated both experimentally and through Finite Element Method (FEM). Finally, transfection upon mechanical conditions was carried out to determine the optimal stimulation parameters (i.e. stimulation time, frequency and strain amplitude) boosting the transfection efficiency of PEI-based polyplexes.

La finalità di questo progetto di tesi è stata la progettazione, lo sviluppo e la validazione di un nuovo sistema di gene delivery (i.e. trasferimento di geni) basato sulla combinazione di stimolazione cellulare meccanica e consolidati vettori non virali allo scopo di aumentare l’efficienza di trasfezione (i.e. l’introduzione del transgene nelle cellule e la sua conseguente espressione) di questi ultimi in vitro. Allo scopo, è stato sviluppato un setup sperimentale in grado di imporre stretching equiassiale ciclico su colture cellulari 2D e la distribuzione delle deformazioni sui substrati di coltura durante la stimolazione è stata valutata sia sperimentalmente che computazionalmente attraverso il metodo agli elementi finiti (FEM). In ultima analisi, sono state effettuate trasfezioni in condizioni dinamiche per determinare i parametri di stimolazione ottimali (i.e. tempo di stimolazione, frequenza e grado di deformazione) all’incremento della efficienza di trasfezione di complessi a base di PEI.