Lab-on-a-chip system with magnetic field for cell-free protein synthesis microreactors

• Grant number: 19/24048-9
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: October 01, 2019
• End date: June 30, 2020
• Field of knowledge: Biological Sciences - Biochemistry - Molecular Biology
• Principal Investigator: Ricardo Filipe das Neves Lima Pereira
• Grantee: Ricardo Filipe das Neves Lima Pereira
• Company: Biolinker Biologia Sintética Eireli
• CNAE: Comércio varejista de outros produtos novos não especificados anteriormente ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Associated research grant: 19/00047-3 - Magnetic field-loaded lab-on-chip system for the development of cell-free protein synthesis microreactors, AP.PIPE

Abstract

No presente projeto, visamos o desenvolvimento e adequação de um sistema miniaturizado e integrado com ênfase na otimização de campos magnéticos e ser usado no processo lab-on-chip que será comercializado pela BioLinker Biologia Sintética Ltda. (CNPJ-31.021.329/0001-62). O projeto "Lab-on-chip integrated protein synthesis" nasce da necessidade de inovação para elevar a qualidade de pesquisa, facilitando o trabalho e reduzindo o número de etapas na produção e purificação de proteínas para centros de pesquisas no mundo. "Cell-Free Protein Synthesis" (CFPS) é uma técnica que vem sendo usada na pesquisa para flexibilizar e reduzir o tempo gasto na produção de proteínas tanto em nível de estudo básico como em níveis de estudos aplicados (Carlson, Gan, Hodgman, & Jewet, 2014). Os avanços tecnológicos e a aplicação moderna da biotecnologia para obtenção e modelagem de novas estruturas químicas permitidas através da CFPS são de uma grande magnitude e impacto (M. Stech et al., 2017). A microfluídica é uma tecnologia de uso na manufatura avançada que visa miniaturizar processos, assim como permitir a compartimentalização em estruturas de microchips com fácil controle e possibilidade de automação. Além disso a escolha da microfluídica vem da possibilidade de redução dos custos com reagentes que são necessários ser adicionadas aos extratos reativos que elevam o custo da produção (Li et al, 2014). Por fim, a possibilidade de criação de fluxo renovável de nutrientes na câmara reativa permitindo a reciclagem dos nutrientes, simulando uma célula artificial e aumentando a eficiência da quantidade protéica produzida (Dittrich, Jahnz, & Schwille, 2005) são os grandes objetivos deste trabalho. Nesse contexto, pretendemos criar um modelo lab-on-chip que otimize a produção e biossíntese de proteínas recombinantes que em geral são produzidas em 4 etapas distintas e complexas - biotransformação, seleção clonal, expansão e purificação da proteína alvo. O uso da microfluídica na integração das reações de transcrição e tradução, seguida do sistema de purificação em desenvolvimento no PIPE fase 1, 2017/22801-6, em um sistema integrado em linha com detecção e quantificação através de biosensores em ciclos de síntese da proteína, são uma estratégia de inovação e melhoria da produção protéica. Tentativas de criação de sistemas que otimizem a produção de proteínas usando microfluídicas já se tem relatos (Georgi et al., 2016; Jackson & Fan, 2007; Marlitt Stech, Quast, Sachse, Schulze, & Wüstenhagen Stefan Kubick, 2014). Os aspectos promissores da inovação vêm sendo explorados e ao nosso conhecimento, somos os primeiros a buscar métodos de modificação genética nas enzimas da transcrição utilizando-se magnetismo para produção de lab-on-chip de síntese proteica. Através do uso da microfluídica é relatado a possibilidade de redução dos custos em até 100x na concentração de reagentes (Whitesides, 2006). Para tanto, a empresa planeja utilizar da tecnologia de lab-on-chip que será desenvolvido através de parcerias com o Prof. Mario Ricardo Gongora Rubio, pesquisador sênior do laboratório de Micromanufatura do Instituto de Pesquisa Tecnológicas-IPT, São Paulo-Brasil em co-execução com profissionais da Biolinker. Um dos grandes avanços do uso de microfluídica na produção de microreatores na biotecnologia advém da possibilidade de fácil automação do processo final, produção rentável e redução dos reagentes para mesma quantidade produzida com uso de insumos de relativo baixo valor e versatilidade de uso. (AU)