Doctoral program in Bioengineering, O cancro de mama é um grande problema de saúde a nível mundial, particularmente o cancro de mama triplo negativo (CMTN) que é responsável por aproximadamente 10-20% de todos os casos de cancro de mama. Apesar das novas opções de tratamento disponíveis, a quimioterapia continua a ser a base de tratamento do cancro e como tal, a procura por novos ligandos e com elevada especificidade, como por exemplo os aptâmeros e péptidos, é crucial para o desenvolvimento de novas terapias dirigidas ao alvo. A combinação de cell-SELEX com o sequenciamento de nova geração e análise bioinformática levou à identificação de sequências de aptâmeros (Apt1 and Apt2) com grande afinidade e especificidade para a linha celular metastática CMTN MDA-MB-231. A possível translação para a prática clínica ficou demonstrada para o Apt2. Adicionalmente foram usadas bibliotecas de phage display para selecionar péptidos com afinidade para linhas celulares CMTN. Dois novos péptidos (4T1pep1 e 4T1pep2) exibiram ligação específica à linha celular CMTN 4T1, que é um modelo preciso para cancro de mama em estágio IV. As análises bioinformáticas sugeriram que ambos os péptidos reconhecem Mucin-16 humana, proteína que está implicada no cancro de mama. A identificação de dois novos péptidos (231Pep1 e 231Pep2) visando especificamente a linha celular MDA-MB-231 é também aqui descrita. As abordagens de bioinformática mostraram que o 231Pep1 e 231Pep2 reconhecem especificamente os biomarcadores associados com cancro de mama TIMP-1 e PAI1, respetivamente. No que diz respeito à libertação controlada de drogas, os exossomas apresentam várias propriedades vantajosas. Nesse sentido, desenvolveu-se com sucesso uma plataforma baseada no uso de exossomas para incorporação de moléculas de RNAi para o silenciamento da via MAPK/ERK em células CMTN. O silenciamento mediado por este sistema levou a uma regressão do tumor e a uma diminuição da angiogénese in vivo. Alguns dados preliminares sobre o papel da via PI3K/AKT/mTOR em células de cancro de mama mostraram resultados diferentes, dependendo do estado da mutação PIK3CA. Além disso, a combinação simultânea de moléculas de RNAi direcionadas para as vias acima descritas levou a um aumento da apoptose em células MDA-MB-231 em comparação com o efeito isolado. Em suma, os resultados reunidos nesta tese contribuíram para o objetivo de desenvolver novas abordagens terapêuticas para CMTN através da identificação de novos ligandos específicos para posterior incorporação em exossomas, bem como avaliação da supressão das vias de sinalização complexas MAPK/ERK e PI3K/AKT/mTOR., Breast cancer is a major health problem worldwide. In particular, triple negative breast cancer (TNBC) accounts for approximately 10-20% of all breast cancers and, despite the novel treatment options available, cytotoxic chemotherapy remains the mainstay of treatment. Therefore, finding novel and specific targeting ligands, including aptamers and peptides, is crucial for the development of new targeted therapies. The combination of cell-SELEX with high throughput sequencing and bioinformatic analysis led to the identification of ssDNA aptamer sequences (Apt1 and Apt2) with high affinity and specificity towards the metastatic TNBC cell line MDA-MB-231. The potential translation application to a clinical setting was proven for Apt2. In addition, phage-based libraries were also used to select peptides with affinity for TNBC cell lines. Two novel peptides (4T1pep1 and 4T1pep2) were found to exhibit specific binding to the 4T1 cell line, an accurate xenograft model for stage IV of human breast cancer. Bioinformatic analysis suggested that both peptides target the human Mucin-16, which is implicated in breast cancer. The identification of two novel peptides (231Pep1 and 231Pep2) specifically targeting MDA-MB-231 cell line was also herein reported. Bioinformatic approaches showed that 231Pep1 and 231Pep2 specifically target the breast cancer associated biomarkers TIMP-1 and PAI1, respectively. Regarding drug delivery, exosomes present several distinct advantageous properties. Hence, a successful exosome-based platform for the loading of RNAi-based therapeutics was developed for the downregulation of MAPK/ERK cascade in a panel of TNBC cell lines. This exosome-mediated downregulation led to a tumor regression and a decrease of angiogenesis in vivo. Some preliminary data on the role of PI3K/AKT/mTOR in breast cancer cells showed different outcomes depending on the PIK3CA mutation status. Moreover, the simultaneous combination of RNAi-therapeutics targeting the abovementioned pathways led to an enhanced apoptosis induction in MDA-MB-231 cells compared with the effect of single inhibitors. Overall, the results gathered in this thesis contributed to the goal of developing novel therapeutic approaches for TNBC through the identification of novel TNBC-specific ligands for posterior incorporation into exosomes, as well as the suppression assessment of the complex signaling cascades MAPK/ERK and PI3K/AKT/mTOR., I would like to acknowledge my fellowship (UMINHO/BD/21/2016) supported by the doctoral advanced training (call NORTE-69-2015-15) funded by the European Social Fund under the scope of Norte2020 - Programa Operacional Regional do Norte, as well as the strategic funding of UIDB/04469/2020 unit.