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TiO2-based adsorption platform for non-invasive capture and quantification of MSC-derived secretome biomarkers
Jiménez Osorio, Jesús D.
Jiménez Osorio, Jesús D.
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Abstract
This thesis evaluated a titanium dioxide (TiO2)-based batch adsorption platform for the non-invasive capture and quantification of secretome-associated biomarkers indicative of cell culture status in mesenchymal stem/stromal cell (MSC) systems. Leveraging TiO2’s affinity for phosphate-containing biomolecules, the approach aimed to provide a simple, low-cost method to enrich phosphatidylcholine (PC) and extracellular ribonucleic acid (exRNA) directly from secretomes. Standardized green fluorescent protein (GFP) labeled extracellular vesicles (EVs) were first used to benchmark adsorption behavior, confirming phosphate-mediated capture independently of TiO2 morphology. The workflow was then applied to human embryonic kidney 293T (HEK293T) secretomes as a reporter model and subsequently extended to MSC-derived secretomes. Adsorption performance was assessed under serum-supplemented, serum-free, protein-supplemented, and preconditioned conditions, including ultracentrifuged fractions. Preconditioning and sample concentration enabled the removal of serum, protein, and phenol red supplements, which markedly reduced background interference and enhanced biomarker enrichment. Under these optimized conditions, TiO2 enabled consistent PC capture, whereas exRNA recovery remained limited, likely reflecting its lower abundance, stability, and accessibility within complex secretomes. Collectively, these findings define the operational limits and matrix-dependent constraints of TiO2-mediated adsorption in MSC culture systems and demonstrate its bench-scale feasibility as a practical, low-cost method for secretome analysis and real-time monitoring of cell culture dynamics.
Esta tesis evaluó una plataforma de adsorción por lotes basada en dióxido de titanio (TiO2) para la captura y cuantificación no invasiva de biomarcadores del secretoma que reflejan el estado del cultivo en sistemas de células madre/estromales mesenquimales (MSCs). Aprovechando la afinidad del TiO2 por biomoléculas con grupos fosfato, se evaluó un método sencillo y de bajo costo para enriquecer fosfatidilcolina (PC) y ácido ribonucleico extracelular (exRNA) directamente desde secretomas. Como validación inicial, se emplearon vesículas extracelulares (EVs) marcadas con GFP para estandarizar el comportamiento de adsorción, confirmando una captura mediada por fosfato independientemente de la morfología del TiO2. El flujo de trabajo se aplicó luego a secretomas derivados de células HEK293T como modelo reportero y posteriormente a secretomas de MSCs. El desempeño de adsorción se evaluó bajo condiciones con suero, sin suero, suplementadas con proteínas y preacondicionadas, incluyendo fracciones ultracentrifugadas. El preacondicionamiento y la concentración de las muestras permitieron remover suero, proteínas y rojo de fenol, reduciendo la interferencia de fondo y mejorando el enriquecimiento de biomarcadores. En estas condiciones optimizadas, TiO2 permitió una captura consistente de PC, mientras que la recuperación de exRNA permaneció limitada, posiblemente debido a su menor abundancia, estabilidad y accesibilidad en matrices complejas. En conjunto, los resultados establecen los límites operacionales y las restricciones dependientes de la matriz que rigen la adsorción mediada por TiO2 y demuestran su viabilidad a escala de laboratorio como un método práctico y económico para el análisis del secretoma y el monitoreo en tiempo real de la dinámica del cultivo.
Esta tesis evaluó una plataforma de adsorción por lotes basada en dióxido de titanio (TiO2) para la captura y cuantificación no invasiva de biomarcadores del secretoma que reflejan el estado del cultivo en sistemas de células madre/estromales mesenquimales (MSCs). Aprovechando la afinidad del TiO2 por biomoléculas con grupos fosfato, se evaluó un método sencillo y de bajo costo para enriquecer fosfatidilcolina (PC) y ácido ribonucleico extracelular (exRNA) directamente desde secretomas. Como validación inicial, se emplearon vesículas extracelulares (EVs) marcadas con GFP para estandarizar el comportamiento de adsorción, confirmando una captura mediada por fosfato independientemente de la morfología del TiO2. El flujo de trabajo se aplicó luego a secretomas derivados de células HEK293T como modelo reportero y posteriormente a secretomas de MSCs. El desempeño de adsorción se evaluó bajo condiciones con suero, sin suero, suplementadas con proteínas y preacondicionadas, incluyendo fracciones ultracentrifugadas. El preacondicionamiento y la concentración de las muestras permitieron remover suero, proteínas y rojo de fenol, reduciendo la interferencia de fondo y mejorando el enriquecimiento de biomarcadores. En estas condiciones optimizadas, TiO2 permitió una captura consistente de PC, mientras que la recuperación de exRNA permaneció limitada, posiblemente debido a su menor abundancia, estabilidad y accesibilidad en matrices complejas. En conjunto, los resultados establecen los límites operacionales y las restricciones dependientes de la matriz que rigen la adsorción mediada por TiO2 y demuestran su viabilidad a escala de laboratorio como un método práctico y económico para el análisis del secretoma y el monitoreo en tiempo real de la dinámica del cultivo.
Description
Date
2025-12-10
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Keywords
Secretome, Extracellular vesicles, Phosphatidylcholine, Extracellular ribonucleic acid, Titanium dioxide