Publication: Electrosprayed crispr plasmid DNA loaded alginate nanoparticles: preparation, characterisation, and gene editing
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Alallam, Batoul | en_US |
dc.contributor.supervisor | Abd Almonem Doolaanea, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Muhammad Taher Bakhtiar, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-09T07:22:05Z | |
dc.date.available | 2024-10-09T07:22:05Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.description.abstract | Background: CRISPR/ Cas9 is one of the most powerful among the approaches being developed to rescue fundamental causes of gene-based inheritable diseases. Several strategies for delivering such genome editing materials have been developed, but the safety, efficacy over time, cost of production, and gene size limitations are still under debate and must be addressed to further improve applications. Sodium alginate is frequently used as the model encapsulation matrix for bioactive ingredients in the field of drug and gene delivery due to its safety. Objective: To encapsulate CRISPR/Cas9 plasmid DNA in alginate nanocarrier to perform genome editing. Methodology: alginate nanoparticles loaded with two CRISPR pDNA were fabricated using electrospray method. Both formulation and process were optimised. Chitosan-, Arabic gum- and PEG-coated CRISPR-loaded alginate nanoparticles were fabricated and characterised. CRISPR-loaded alginate nanoparticles physicochemical properties were compared to the surface-modified nanoparticle properties. The influence of surface modification of nanoparticles on their interaction with cell was studied in regard to cellular uptake, cytotoxicity, transfection efficiency, and genome editing. Results: Using electrospray, a nanoparticle carrier was developed to deliver CRISPR pDNA into HepG2 cells. The nanoparticles size was approximately 230 nm, with an encapsulation efficiency of 99%. Release study revealed that over one-third of the pDNA was released within the first 24 h. In vitro experiments conducted with HepG2 cells demonstrated that after 48 h of treatment with the CRISPR-loaded alginate nanoparticles, the particles were not toxic. CRISPR-loaded alginate nanoparticles mediated 1.5-folds more efficient transfection than a commercially available cationic liposome-based transfection reagent. However, their indel efficiency was 3.4-folds lower than the transfection reagent. The surface coating highly affected the nanoparticles physicochemical properties, consequently, their safety and efficiency in delivering the plasmid. CS CRISPR ALG NPs showed mean size and zeta potential of 377 nm and 33.67 mV, respectively. Over 90% encapsulation efficiency was achieved while protection payload from serum. The tests revealed that the nanoparticles were cytocompatible and successfully introduced the Cas9 transgene in HepG2 cells. CS CRISPR ALG NPs-transfected HepG2 was able to edit its target plasmid by introducing double-strand break (DSB) in GFP gene, 18.26-folds higher than CRISPR ALG NPs. Conclusions: In this work, plasmids for the CRISPR/Cas9 system were encapsulated in alginate nanoparticles and were shown to induce expression of Cas9 and perform a genome editing in HepG2 cells in vitro. Chitosan-coated CRISPR-loaded alginate nanoparticles revealed the best results with high plasmid protection, sustained release and high indel efficiency. These results suggest that this nanoparticle-based plasmid delivery method can be effective for future in vivo applications of the CRISPR/Cas9 system. | en_US |
dc.description.abstractarabic | خلفية البحث: تعد تقنية CRISPR / Cas9 من أقوى الأساليب التي يتم تطويرها لتخليص الأسباب الأساسية للأمراض الوراثية الجينية. تم تطوير العديد من الاستراتيجيات لايصال مواد التعديل الجيني هذه ، لكن السلامة والفعالية بمرور الوقت وتكلفة الإنتاج والقيود على حجم الجين لا تزال قيد المناقشة ويجب معالجتها لتحسين التطبيقات. كثيرا ما تستخدم ألجينات الصوديوم كقالب تغليف نموذجي للمكونات النشطة بيولوجيا في مجال توصيل الأدوية والجينات بسبب أمنها. هدف البحث: لتغليف بلاسميد CRISPR / Cas9 في جسيمات نانوية من الألجينات لإجراء التعديل الجيني. طريقة البحث: تم تصنيع الجسيمات الألجينات النانوية المحَملة باثنين من بلاسيدات CRISPR باستخدام طريقة النشر الكهربائي. تم تحسين كل من الصيغة و العملية. تم تصنيع و تمييز جسيمات الألجينات النانوية الملبسة بالشيتوزان والصمغ العربي والبولي اثيلين غليكول. تمت مقارنة الخصائص الخصائص الفيزيائية و الكيميائية للجسيمات النانوية المحملة بـ CRISPR مع خصائص الجسيمات النانوية المعدلة السطح. تمت دراسة تأثير تعديل سطح الجسيمات النانوية على تفاعلها مع الخلية فيما يتعلق بالقبض الخلوي والسمية الخلوية وكفاءة التعداء والتعديل الجيني. النتائج: باستخدام النشر الكهربائي ، تم تطوير حامل جسيمات نانوية لتوصيل بلاسميدات CRISPR إلى خلايا HepG2. كان حجم الجسيمات النانوية حوالي 230 نانومتر ، بكفاءة تغليف 99٪. كشفت دراسة التحرر أن أكثر من ثلث الدنا تم إطلاقه خلال الـ 24 ساعة الأولى. أظهرت التجارب المختبرية التي أجريت على خلايا HepG2 أنه بعد 48 ساعة من العلاج بجزيئات الألجينات النانوية المحملة بـ CRISPR ، لم تكن الجسيمات سامة. توسطت جزيئات الألجينات النانوية المحملة بـ CRISPR تعداء أكثر كفاءة ب 1.5 مرة من كاشف التعداء الشحمي الموجب المتاح تجاريًا. على أية حال ، كانت كفاءتهم للتعديل الجيني أقل بمقدار 3.4 أضعاف من كاشف التعداء. أثر تلبيس السطح بشكل كبير على الخصائص الفيزيائية و الكيميائية للجسيمات النانوية ، وبالتالي على سلامتها وكفاءتها في توصيل البلاسميد. أظهر جسيمات الألجينات النانوية الملبسة بالشيتوزان حجم وسطي و قيمة زيتا 377 نانومتر و 33.67 مللي فولت ، على التوالي. تم تحقيق أكثر من 90٪ من كفاءة التغليف بالإضافة لحماية الحمولة من المصل. كشفت الاختبارات أن الجسيمات النانوية متوافقة مع الخلايا ونجحت في إدخال الجين المعدل Cas9 إلى خلايا HepG2. كان خلايا HepG2 الحاوية على جسيمات الألجينات النانوية الملبسة بالشيتوزان قادرة على تعديل البلاسميد المستهدف من خلال إدخال كسر مزدوج الجديلة (DSB) في جين GFP ، أعلى بمقدار 18.26 ضعفًا من جسيمات الألجينات النانوية. الخلاصة: في هذا العمل ، تم تغليف البلاسميدات لنظام CRISPR / Cas9 في جسيمات ألجينات نانوية وتبين أنها تحفز التعبير عن Cas9 وتقوم بتحرير الجينوم في خلايا HepG2 في المختبر. كشفت جسيمات الألجينات النانوية الملبسة بالشيتوزان و المحملة بـ CRISPR أفضل النتائج مع حماية عالية للبلاسميد ، وإطلاق مستمر وكفاءة عالية للتعديل الجيني.تشير هذه النتائج إلى أن طريقة توصيل البلاسميد القائمة على الجسيمات النانوية يمكن أن تكون فعالة للتطبيقات المستقبلية في الجسم الحي لنظام CRISPR / Cas9. | en_US |
dc.description.callnumber | t QH 440 A316E 2021 | |
dc.description.identifier | Thesis : Electrosprayed crispr plasmid DNA loaded alginate nanoparticles : preparation, characterisation, and gene editing /by Batoul Alallam | en_US |
dc.description.identity | t11100431426BatoulAlallam | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Pharmacy | en_US |
dc.description.notes | Thesis (MSPHT)--International Islamic University Malaysia, 2021. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xxi, 205 leaves : colour illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Master of Science in Pharmaceutical Sciences (Pharmaceutical Technology) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11106 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuantan, Pahang : Kulliyyah of Pharmacy, International Islamic University Malaysia, 2021 | en_US |
dc.subject.lcsh | CRISPR-associated protein 9 | |
dc.subject.lcsh | Alginates | |
dc.title | Electrosprayed crispr plasmid DNA loaded alginate nanoparticles: preparation, characterisation, and gene editing | en_US |
dc.type | Master Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
License bundle
1 - 1 of 1