Magnetophoretic microdevices for lipopolysaccharide removal from blood: design through advanced simulation techniques

Abstract

RESUMEN: La detoxificación sanguínea extracorpórea empleando microdispositivos magnetoforéticos (MCMDs por sus siglas en inglés) se concibe como una estrategia prometedora para combatir enfermedades infecciosas, alternativa al uso de antibióticos. Los MCMDs, que combinan la microfluídica y las micro- o nanopartículas magnéticas funcionalizadas, permiten captar y eliminar de forma selectiva y eficaz los compuestos tóxicos (el lipopolisacárido, LPS, en este trabajo) de la sangre. La presente tesis doctoral contribuye al diseño asistido por ordenador de MCMDs. De este modo, se ha avanzado en el diseño de moléculas para funcionalizar las partículas magnéticas a través de simulaciones MD, contrastando los resultados de las simulaciones experimentalmente. Asimismo, se ha optimizado la recuperación magnética del complejo LPS-partícula mediante técnicas CFD. En conclusión, el conocimiento y metodologías proporcionados en este trabajo pueden ser claves para avanzar en el diseño de MCMDs para llevar a cabo la captura de endotoxinas de la sangre como parte de tratamientos novedosos para la sepsis.

ABSTRACT: Extracorporeal blood detoxification using magnetic cleansing microdevices (MCMDs) has been understood as a promising strategy to abate infectious diseases as alternative to the use of antibiotics. MCMDs, which couple microfluidics and functionalized magnetic micro- or nanoparticles, enable the selective and efficient capture and removal of toxic agents (lipopolysaccharide, LPS, in this work) from blood. The present dissertation contributes to the rational computer aided design of MCMDs. Hence, progress in the design of biotargeting agents to functionalize the magnetic beads has been made through MD simulations, validating in vitro the in silico predictions. Additionally, the magnetic recovery of LPS-bead complexes has been optimized using CFD techniques. Collectively, the insights and methodologies provided in this work might be key for advancing in the design of MCMDs for capturing endotoxins from blood as part of innovative sepsis treatments.