Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications
| Main Author: | |
|---|---|
| Publication Date: | 2024 |
| Language: | por |
| Source: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Download full: | https://hdl.handle.net/1822/93625 |
Summary: | Doctorate Thesis (Doctoral Program in Materials Engineering) |
| id |
RCAP_eb9db9951a4f12b633ff96cf72c2b03e |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/93625 |
| network_acronym_str |
RCAP |
| network_name_str |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| repository_id_str |
https://opendoar.ac.uk/repository/7160 |
| spelling |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applicationsPerfil biomimético para suporte à descoberta de medicamentos para aplicações tópicasLipid biomimetic models3Rs principle for in vitro toolsmicrofluidichigh-throughput screeningskin permeationstratum corneumpermeability studiespartition coefficientModelos lipídicos biomiméticosprincípio dos 3Rs para ensaios in vitromicrofluídica, triagem de alto rendimentopermeação da peleestrato córneo, estudos de permeabilidadecoeficiente de partiçãoDoctorate Thesis (Doctoral Program in Materials Engineering)The administration of compounds through the skin is a complex and challenging process, due to the barrier primarily provided by the skin outermost layer, the stratum corneum (SC). The SC consists of corneocytes embedded in an intercellular lipid matrix (ILM) composed mainly of ceramides, cholesterol, and free fatty acids, organized in a complex lamellar structure with different periodicities and lateral packings. The ILM provides the diffusion pathway through which most bioactives administrated to the skin traverse the SC. Recently, ethical, technical, regulatory, economic, and reliability concerns in human and animal studies for testing cosmetic and pharmaceutical bioactives have driven the need for alternativein vitro screening tools to test new bioactives for cutaneous administration, at early stages of their discover/development. In this regard, lipid biomimetic models of the SC have gained increasing attention for their simplicity yet ability to mimic the biophysical organizations and properties of this physiological barrier. In response to the restrictions imposed by European Union in 2013 and the amendment to the Cosmetic Directive (Directive 76/768/EEC) regarding animal testing for cosmetic products, this dissertation presents the development of new in vitro screening alternative tools for evaluating the partition and permeability coefficients of bioactive molecules to support rational discovery/development processes of new compounds for cutaneous administration. The present dissertation introduces a new lipid biomimetic model of SC ILM and described its integration into high-throughput methodologies. This SC ILM model was integrated into two distinct microfluidic platforms: as micro-membrane arrays coating the inner walls of microchannels for the analysis of partition coefficients between the membrane and aqueous phases; and as a lipidic matrix supported by a porous membrane mounted into microfluidic Franz platforms to evaluate cutaneous permeability coefficients of bioactive compounds. These high-throughput platforms were used, as proof-of-concept, to determine the caffeine partition and permeability coefficients with improved throughput, reproducibility, and with greater in vitro to in vivo correlation, compared to values obtained through conventional systems and through literature. The present work represents a significant advancement in the search for alternatives to support the development of optimized drug delivery systems and safe cosmetic formulations, allowing for the fast, parallel, and low-volume testing of a large number of compounds for (trans)dermal topical administration with promising results.A administração de compostos através da pele é complexa e desafiante devido à barreira imposta pela sua camada mais externa, o Stratum Corneum (SC). O SC compreende uma matriz celular de corneócitos rodeados por uma matriz lipídica intercelular (ILM), composta por ceramidas, colesterol e ácidos gordos livres, em proporções equivalentes, organizados numa estrutura lamelar complexa com diferentes periodicidades e empacotamentos lipídicos. Esta ILM é a via de difusão pela qual a maioria dos compostos administrados na pele atravessa o SC. Recentemente, preocupações éticas, técnicas, regulamentares, económicas e de confiabilidade em estudos com humanos e animais impulsionaram a procura de alternativas in vitro para a triagem de novos compostos para administração cutânea, mas ainda em fases iniciais da sua descoberta/desenvolvimento. Nesse sentido, os modelos lipídicos biomiméticos do SC têm recebido um crescente destaque pela sua simplicidade e capacidade de mimetizar as propriedades biofísicas desta barreira fisiológica. Em resposta às restrições impostas pela União Europeia em 2013 e pela emenda da Diretiva Cosmética (76/768/EEC) sobre a realização de testes em animais para produtos cosméticos, a presente dissertação apresenta o desenvolvimento de novas alternativas de triagem in vitro para a avaliação dos coeficientes de partição e de permeabilidade de moléculas bioativas, que suportem um processo racional de descoberta/desenvolvimento de novos compostos para administração cutânea. Esta dissertação introduz um novo modelo lipídico mimético da ILM do SC, e descreve a sua integração em metodologias de alta triagem e rendimento. O modelo foi integrado em duas plataformas microfluídicas: na forma de micro-matriz membranar revestindo os microcanais para a análise de coeficientes de partição entre as fases membranar e aquosa; e na forma de matriz lipídica suportada e integrada em plataformas microfluídicas de Franz para avaliar os coeficientes de permeabilidade cutânea de compostos bioativos. Com estas plataformas de alta triagem e, como prova de conceito, foi possível determinar os referidos coeficientes para a cafeína, com rendimento e reprodutibilidade melhorados e aprimorada correlação in vitro– in vivo, quando comparado com os valores obtidos em sistemas convencionais e da literatura. Este trabalho constitui um avanço significativo na procura de alternativas de suporte ao desenvolvimento de sistemas de entrega de medicamentos otimizados e formulações cosméticas seguras, permitindo testar rapidamente, paralelamente e com volumes reduzidos, um grande número de compostos para administração tópica (trans)dérmica com resultados promissores.This research was funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) under the PhD grant SFRH/BD/147938/2019 and in the framework of the Strategic Funding UIDB/04650/2020 by European Fund of Regional Development (FEDER), COMPETE2020 and Portugal2020Lúcio, M.Cardoso, Vanessa FernandesLanceros-Méndez, S.Universidade do MinhoFernandes, Eduarda Barbosa2024-10-172026-10-17T00:00:00Z2024-10-17T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/93625por101651694info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-11-16T01:30:11Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/93625Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T19:13:52.796995Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
| dc.title.none.fl_str_mv |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications Perfil biomimético para suporte à descoberta de medicamentos para aplicações tópicas |
| title |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications |
| spellingShingle |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications Fernandes, Eduarda Barbosa Lipid biomimetic models 3Rs principle for in vitro tools microfluidic high-throughput screening skin permeation stratum corneum permeability studies partition coefficient Modelos lipídicos biomiméticos princípio dos 3Rs para ensaios in vitro microfluídica, triagem de alto rendimento permeação da pele estrato córneo, estudos de permeabilidade coeficiente de partição |
| title_short |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications |
| title_full |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications |
| title_fullStr |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications |
| title_full_unstemmed |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications |
| title_sort |
Biomimicry profiling supporting drug discovery for topical applications |
| author |
Fernandes, Eduarda Barbosa |
| author_facet |
Fernandes, Eduarda Barbosa |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Lúcio, M. Cardoso, Vanessa Fernandes Lanceros-Méndez, S. Universidade do Minho |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Fernandes, Eduarda Barbosa |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Lipid biomimetic models 3Rs principle for in vitro tools microfluidic high-throughput screening skin permeation stratum corneum permeability studies partition coefficient Modelos lipídicos biomiméticos princípio dos 3Rs para ensaios in vitro microfluídica, triagem de alto rendimento permeação da pele estrato córneo, estudos de permeabilidade coeficiente de partição |
| topic |
Lipid biomimetic models 3Rs principle for in vitro tools microfluidic high-throughput screening skin permeation stratum corneum permeability studies partition coefficient Modelos lipídicos biomiméticos princípio dos 3Rs para ensaios in vitro microfluídica, triagem de alto rendimento permeação da pele estrato córneo, estudos de permeabilidade coeficiente de partição |
| description |
Doctorate Thesis (Doctoral Program in Materials Engineering) |
| publishDate |
2024 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2024-10-17 2024-10-17T00:00:00Z 2026-10-17T00:00:00Z |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
doctoral thesis |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://hdl.handle.net/1822/93625 |
| url |
https://hdl.handle.net/1822/93625 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
| language |
por |
| dc.relation.none.fl_str_mv |
101651694 |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| eu_rights_str_mv |
embargoedAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia instacron:RCAAP |
| instname_str |
FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
| instacron_str |
RCAAP |
| institution |
RCAAP |
| reponame_str |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| collection |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
| repository.mail.fl_str_mv |
info@rcaap.pt |
| _version_ |
1833597957697437696 |