Study of RBC shape transitions induced by nanoparticles

Abstract

Aquesta tesi descriu l'estudi de les propietats del medi extracel·lular sobre la criopreservació de glòbuls vermells i la possible aplicació de nanopartícules de sílice com a co-agents per al lliurament intracel·lular de trehalosa, un crioprotector natural. La primera part de l™estudi es va centrar en les condicions de congelació i descongelació i en les propietats del medi extracel·lular per a la congelació. Es van analitzar diferents propietats segons la seva influència en la taxa de supervivència dels glòbuls vermells, que es va avaluar mitjançant l™assaig d™hemòlisi i es va analitzar l™efecte de la congelació mitjançant anàlisi morfològica d™imatges de glòbuls vermells. La segona part de l'estudi investiga la interacció de nanopartícules de sílice carregades de manera diferent amb els glòbuls vermells per a futures aplicacions com a co-agent per al lliurament de la trehalosa. La toxicitat de les nanopartícules de sílice es va determinar mitjançant un assaig d™hemòlisi i la seva distribució espacial es va estudiar mitjançant l™examen de glòbuls vermells que flotaven lliurement mitjançant microscòpia confocal d™escaneig làser (LSCM). Es va desenvolupar un nou mètode de visualització 3D de gran rendiment i aplicat a les imatges LSCM per tal de corregir la deriva al llarg de la z-stack permetent l'anàlisi de les imatges. Els resultats es van confirmar interactuant les nanopartícules de sílice amb vesícules gegants unilamellars (GUV) com a sistema experimental.

Esta tesis describe el estudio de las propiedades del medio extracelular en la crioconservación de los glóbulos rojos y la posible aplicación de nanopartículas de sílice como coagentes para la entrega intracelular de trehalose, un crioprotector natural. La primera parte del estudio se centró en las condiciones de congelación y descongelación, y en las propiedades del medio extracelular para la congelación. Se analizaron diferentes propiedades de acuerdo con su influencia en la tasa de supervivencia de los glóbulos rojos, según se evaluó mediante el ensayo de hemólisis, y se analizó el efecto de la congelación mediante el análisis morfológico de las imágenes de los glóbulos rojos. La segunda parte del estudio investiga la interacción de nanopartículas de sílice, cargadas de manera diferente, con glóbulos rojos para su futura aplicación como coagente para la entrega de trehalose. La toxicidad de la nanopartícula de sílice se determinó mediante un ensayo de hemólisis y su distribución espacial se estudió mediante la obtención de imágenes de los glóbulos rojos que flotan libremente usando microscopía confocal (LSCM). Se desarrolló un nuevo método de visualización 3D de alto rendimiento que se aplicó a las imágenes LSCM para corregir la deriva en toda la pila z permitiendo el análisis de las imágenes. Los resultados se confirmaron mediante la interacción de las nanopartículas de sílice con vesículas unilamelares gigantes (GUV) como un sistema de modelo experimental.

This thesis describes the study of the properties of extracellular medium on the cryopreservation of red blood cells and the potential application of silica nanoparticles as co-agents for the intracellular delivery of trehalose, a natural cryoprotectant. The first part of the study focused on the freezing and thawing conditions, and on the properties of the extracellular medium for freezing. Different properties were analyzed according to their influence on the survival rate of red blood cells as assessed by hemolysis assay and the effect of freezing was analyzed by morphological analysis of images of red blood cells. The second part of the study investigates the interaction of differently charged silica nanoparticles with red blood cells for future application as co-agent for trehalose delivery. Silica nanoparticle toxicity was determined by hemolysis assay and their spatial distribution was studied by imaging freely floating red blood cells using laser scanning confocal microscopy (LSCM). A novel high-throughput 3D visualization method was developed and applied to LSCM images in order to correct the drift throughout the z-stack allowing the analysis of the images. Results were confirmed by interacting the silica nanoparticles with giant unilamellar vesicles (GUV) as an experimental model system.