Els ful•lerens són caixes closes de carboni formades per un nombre parell d’àtoms. Una de les propietats mes interessants és la capacitat d’encapsular àtoms i petites molècules en la cavitat interior. El primer ful•lerè endoèdric fou proposat just després del descobriment del C60. Els metal•loful•lerens endoèdrics han atret atenció de gran part de la comunitat científica per les seves propietats i potencials aplicacions en camps com la medicina o la ciència de materials. En aquesta tesi s’hi mostra un extensiu treball combinant experiments i computació per a la caracterització i modelatge de noves especies de metal•loful•lerens endoèdrics. En la majoria dels casos, la síntesi de noves espècies necessita d’aquesta combinació d’experiments i computació per poder la identificació i caracterització de les estructures. Així doncs, aquí es presenta el treball per l’estudi de les propietats i caracterització des de sistemes petits com Ti@C2n (2n =26-50) i altres endoedres monometàl•lics (M@C2n), així com l’estudi detallat dels sistemes Sc2S@C70, Sc2S@C72, Ti2S@C78 i la modelització d’algunes de les seves propietats mes rellevants. / Los fulerenos son poliedros esféricos formados por un nombre par de átomos de carbono distribuidos en pentágonos y hexágonos. Una de sus propiedades más atractiva es la capacidad de atrapar átomos y pequeñas moléculas en su interior. Estos fueron descubiertos rápidamente después del descubrimiento del C60. El Sc3N@C80 es el fulereno endoédrico más abundante, y el tercer sistema más abundante en toda la familia de fulerenos, solo por detrás de C60 y C70. Los fulerenos endoédricos han captado la atención de gran parte de la comunidad científica debido a sus propiedades y potenciales aplicaciones en campos como la medicina y la ciencia de materiales. La caracterización de nuevas especies es difícil debido al bajo rendimiento, por eso, la combinación de experimentos con trabajos computacionales es esencial para la exitosa identificación de nuevos sistemas. En esta tesis se incluye un extenso trabajo combinando estudios computacionales con varios tipos de experimentos. Entre las especies estudiadas y caracterizadas se encuentran desde los pequeños fulerenos monometálicos Ti@C2n (2n=26-50), hasta especies más grandes cómo Sc2S@C70, Sc2S@C72 y Ti2S@C78. / Fullerenes are closed carbon cages constituted by an even number of atoms. One of the attractive properties of the hollow carbon clusters is the possibility to use them as robust containers for other species. The first proposal of an endohedral fullerene was given only a few days after the discovery of C60. Endohedral metallofullerenes have attracted the attention of the scientific community not only because their unique host-guest behaviors, but also because the properties and, thus, the applications are significantly different from those of the empty cages. The formal electron transfer that has been found to happen between the trapped unit and the carbon cages is determinant for the understanding of these new properties. Herein we report an extensive study combining computations and experiments. This combination is a powerful tool for the structural characterization of new species. The computation of the structures and the modeling of the properties, allow us to compare the experimental and computational data to identify the new systems. In this thesis the reader will find a complete study from small endohedrals, Ti@C2n (2n=26-50) and other M@C2n, to larger fullerenes as Sc2S@C70, Sc2S@C72 and Ti2S@C78.

En els darrers anys, la funcionalització catalítica d´enllaços C-C ha suscitat un gran interés, essent una de les disciplines amb més potencial en química organometàlica. Aquesta tesi doctoral es basa en el repte de dissenyar nous mètodes catalítics de functionalitazió d´enllaços C-C en anells de cuatre baules. Específicament, s´ha demostrat la viabilitat per preparar cetones γ-arilades via rotura d´enllaços C-C catalitzada per Pd en anells de tert-ciclobutanol utilitzant clorur d´aril i tosilats (Capítol 2). La transformació presenta una gran generalitat amb càrregues de catalitzador molt baixes. Tanmateix, s´ha trobat que fosfines riques en electrons i impedides estèricament permeten evitar processos destructius de β-eliminació d´hidrògen. Amb els precedents del capítol 2, s´ha extés satisfactòriament la generalitat de la reacció de rotura d´enllaços C-C d´anells de tert-ciclobutanol mitjançant l´acoplament amb haloacetilens per donar lloc a cetones amb grups alquins en posició γ (Capítol 3). Curiosament, els substituents del grup alquí tenen una gran influencia en la reacció. És certament remarkable l´interés potencial de la metodologia ja que els productes finals poden ser transformats fàcilment en productes d´alt valor afegit mitjançant reaccions d´acoplament creuat. Al Capítol 4, s´ha pogut extendre les metodologies de trencament d´enllaços C-C en anells de cuatre baules mitjançant el desenvolupament d´una metodologia catalitzada per Ni entre benzociclobutanones i diens per donar lloc a cicloadicions [4+4]. El mètode va mostrar una preferència específica per la formació d´anells de vuit baules respecte la formació d´anells de sis baules. Aquesta tesi doctoral també ha estudiat el disseny de metodologies de fixació de CO2 i formació d´enllaços C-F mitjançant activació catalítica d´enllaços C-C (Capítol 5). Tot i que no s´han trobat condicions de reacció òptimes, el nostre grup de recerca està actualment involucrat en el disseny de metodologies semblants i s´espera que aquesta recerca permeti el disseny de processos de fixació de CO2 i formació d´enllaços C-F mitjançant trencament C-C en un futur no molt llunyà. / Recientemente la funcionalización catalítica de enlaces C-C ha suscitado un gran interés en la comunidad científica a pesar de los retos que conlleva. Esta tesis doctoral se ha basado en diseñar nuevos procesos catalíticos para la funcionalización de enlaces C-C en anillos de cuatro miembros. Específicamente, se ha demostrado la viabilidad de preparar cetonas con grupos arilo en posición γ usando precatalizadores de Pd para promover la rotura de enlaces C-C en anillos de tert-ciclobutanol utilizando cloruros de arilo y tosilatos como agentes arilantes (Capítulo 2). La transformación se caracteriza por su amplia generalidad y baja carga de catalizador. La selectividad de la reacción puede ser fácilmente controlada por la naturaleza del ligando, en la que fosfinas con grupos ricos en electrones y voluminosos dan los mejores resultados, evitando la β-eliminación de hidrógeno de las especies organometálicas intermedias. Considerando los precedentes del Capítulo 2, se ha extendido esta metodología al acoplamiento con haloacetilenos para preparar cetonas con grupos alquino en posición γ (Capítulo 3). Curiosamente, los substituyentes del grupo alquino juegan un papel fundamental en la reactividad, pudiéndose controlar mediante la utilización de un cierto ligando. En el Capítulo 4, se ha desarrollado una nueva transformación basada en una reacción catalizada por compuestos de Ni para efectuar la síntesis de anillos de ocho eslabones mediante una reacción formal de cicloadición [4+4] de benzociclobutanonas y dienos simples. Curiosamente, dicho método muestra una especial preferencia para formar anillos de ocho eslabones sobre los, a priori, anillos de 6 eslabones que son más estables termodinámicamente. En la presente tesis doctoral se ha estudiado también la viabilidad de llevar a cabo una fijación catalítica de CO2 y la formación de enlaces C-F mediante una rotura de enlaces C-C (Capítulo 5) aunque no se han encontrado las condiciones óptimas para llevar a cabo tales transformaciones. / The means to promote catalytic C-C bond-functionalization has gained a considerable attention in recent years and probably can be considered one of the most challenging and vibrant subjects in organometallic chemistry. This PhD thesis deals with the design of new metal-catalyzed functionalization of C-C bonds in four-membered ring frameworks. Specifically, we have demonstrated the viability of preparing γ-arylated ketones via Pd-catalyzed cleavage of C-C bonds in tert-cyclobutanol using aryl chloride or tosylate counterparts (Chapter 2). The transformation possesses a wide substrate scope and remarkable low catalyst loadings. Selectivity was controlled by the ligand in which electron-rich and sterically-hindered phosphine ligands provided a unique reaction outcome that avoided the proclivity of alkyl metal species towards destructive β−hydride elimination. Prompted by the precedents in Chapter 2, we successfully extended the scope of the metal-catalyzed C-C bond-cleavage of tert-cyclobutanols by using halo acetylene counterparts giving γ-alkynylated ketones (Chapter 3). Interestingly, substituents on the alkyne motif showed a remarkable influence on reactivity. Of particular interest is the application profile of such methodology since γ-alkynylated ketones could promote consecutive metal-catalyzed transformations into valuable synthetic intermediates. In Chapter 4, we extended the interest for C-C bond-cleavage beyond the use of tert-cycñobutanols. Specifically, we developed a Ni-catalyzed C-C bond-cleavage event in benzocyclobutenones for preparing eight-membered rings via formal [4+4]-cycloaddition with dienes (Chapter 4). The method shows a specific preference for eight-membered rings over thermodynamically more stable six-membered rings. This PhD thesis has also studied the development of catalytic CO2 fixation and C-F bond-formation via C-C bond-cleavage (Chapter 5). While we have not found reaction conditions to effect the desired transformations, our research group is actively involved in related catalytic endeavors and it is expected that such research will shed light into the targeted CO2 fixation or C-F bond-forming reactions via C-C bond-cleavage.

En la producció de biodièsel s’obté glicerol com a subproducte en grans quantitats, generant-se un gran excedent. Per tant, és necessari buscar noves vies de transformació de glicerol en productes de major valor afegit, com el carbonat de glicerol o el glicidol, precursors de polímers. L’objectiu principal d’aquesta tesis és sintetitzar i caracteritzar hidròxids dobles laminars tipus hidrocalumita mitjançant l’ús de radiació microones i ultrasons, així com els materials derivats de la seva calcinació a diferents temperatures, per a ser utilitzats com a catalitzadors en reaccions de gran interès industrial, com la reacció de transesterificació del glicerol amb dimetilcarbonat per a l’obtenció de carbonat de glicerol. La radiació microones també s’ha fet servir com a mètode d’escalfament en aquesta reacció. A més, Además, es van provar algunes hidrocalumites, hidrotalcites i hidròxids d’alumini, aquests últims preparats mitjançant radiació microones, com a catalitzadors en la descarbonatació de carbonat de glicerol a glicidol. Els materials tipus hidrocalumita calcinats a 750 ºC van donar lloc a les millors conversions (88-98 %) i les millors selectivitats a carbonat de glicerol (60-85 %) per a la reacció de transesterificació de glicerol a carbonat de glicerol a 90 ºC amb escalfament convencional després de 3 h de reacció. Aquests bons resultats s’expliquen per la presència de CaO, molt bàsic, en aquests catalitzadors. L’ús de microones durant la reacció, augmenta la conversió i la selectivitat a carbonat de glicerol en tots els casos. Per a la reacció de decarbonatació de carbonat de glicerol a glicidol, el catalitzador que va presentar una major selectivitat a glicidol (72 %) amb un 35 % de conversió va ser un catalitzador d’hidròxid d’alumini en presència d’espècies de Ca i impregnat amb àcid fosfòric. / En la producción de biodiesel se obtiene glicerol como subproducto en grandes cantidades, generándose un gran excedente. Por tanto, es necesario buscar nuevas vías de transformación de glicerol en productos de mayor valor añadido, como el carbonato de glicerol o el glicidol, precursores de polímeros. El objetivo principal de esta tesis es sintetizar y caracterizar hidróxidos dobles laminares tipo hidrocalumita mediante la utilización de radiación microondas y ultrasonidos, así como los materiales derivados de su calcinación a diferentes temperaturas, para ser utilizados como catalizadores en reacciones de gran interés industrial, como la reacción de transesterificación del glicerol con dimetilcarbonato para la obtención de carbonato de glicerol. La radiación microondas se ha empleado también como método de calentamiento en esta reacción. Además, se probaron algunas hidrocalumitas, hidrotalcitas e hidróxidos de aluminio, éstos últimos preparados mediante radiación microondas, como catalizadores en la descarbonatación de carbonato de glicerol a glicidol. Los materiales tipo hidrocalumitas calcinados a 750 ºC dieron lugar a las mejores conversiones (88-98 %) y mejores selectividades a carbonato de glicerol (60-85 %) para la reacción transesterificación de glicerol a carbonato de glicerol a 90 ºC con calentamiento convencional después de 3 h de reacción. Estos buenos resultados se explican por la presencia de CaO, un compuesto muy básico, en estos catalizadores. La utilización de microondas durante la reacción catalítica, aumentó la conversión y selectividad a carbonato de glicerol en todos los casos. Para la reacción de descarbonatación de carbonato de glicerol a glicidol, el catalizador que presentó una mayor selectividad a glicidol (72 %) con un 35 % de conversión fue un catalizador de hidróxido de aluminio en presencia de especies de Ca e impregnado con ácido fósforico. / During biodiesel production, glycerol is obtained as byproduct in high amounts, becoming a surplus. Therefore, it is necessary to find new outlets to convert glycerol into high-added value products, such as glycerol carbonate or glycidol, which are precursors of polymers. The main objective of this work is to synthesize and characterize layered double hydroxides type hydrocalumite using microwaves radiation and ultrasounds, as well as the materials obtained by calcination at different temperatures, to be tested as catalysts for reactions of great industrial interest, such as the transesterification reaction of glycerol with dimethylcarbonate to obtain glycerol carbonate. Microwaves have been also used as heating method for this reaction. Additionally, several hydrocalumites, hydrotalcites and aluminium hydroxides, these later prepared with microwaves, were tested as catalysts for the decarboxylation of glycerol carbonate to glycidol. The hydrocalumite-type materials calcined at 750 ºC resulted in the best conversion values (88-98 %) and best selectivity to glycerol carbonate values (60-85 %) for the transesterification of glycerol to glycerol carbonate at 90 ºC with conventional heating after 3 h of the reaction. These good results have been explained by the presence of CaO, highly basic, in these catalysts. The use of microwaves during reaction, increased both conversion and selectivity to glycerol carbonate in all cases. For the decarboxylation reaction of glycerol carbonate, the best selectivity to glycidol (72 %) for a 35 % of conversion was achieved with a catalyst composed of an aluminum hydroxide in the presence of Ca species and impregnated with phosphoric acid.

La constatació de la rellevància dels carbohidrats i glicoconjugats en processos de reconeixement cel·lular, regulació i senyalització, proliferació cel·lular i resposta immunitària, així com en funcions estructurals i energètiques reconegudes clàssicament, han portat a un interès creixent en aquestes biomolècules per part de la Glicobiologia i la Ciència dels Materials. Aquest fet ha comportat la necessitat de disposar d’eines complementàries o alternatives a la química convencional per a la síntesi d’aquestes biomolècules i abastir-ne així la demanda generada. Tot això ha propiciat el desenvolupament de noves metodologies sintètiques amb la incorporació d’etapes enzimàtiques. L’any 1998 es va desenvolupar la metodologia glicosintasa basada en un redisseny del centre actiu de glicosidases que actuen amb retenció de configuració per tal de suprimir-ne la seva activitat hidrolítica. L’ús d’aquests enzims modificats permeten la catàlisi eficient de la formació d’enllaços glicosídics quan s’empren donadors glicosídics activats amb la configuració anomèrica oposada a la del substrat de la reacció normal d’hidròlisi En la present Tesi s’aprofundeix en la metodologia glicosintasa tant a nivell mecanístic com aplicat. Es treballa amb dues glicosintases, el mutant E134A de la β-glucanasa de Bacillus lichenisformis i el mutant E383A de β-glucosidasa d’Streptomyces sp. amb les quals s’assoleixen les següents fites: S’estudia la funció del residu D136 en el centre actiu de la glicosintasa E134A de la β-glucanasa de Bacillus lichenisformis. L’anàlisi de dobles mutants, mostra que només el mutant E134A/D136E manté certa activitat glicosintasa, suggerint la seva funció com a residu assistent en el mecanisme enzimàtic. També s’obtenen les glicosintases més actives E134S i E134G de la -glucanasa de Bacillus licheniformis, on la substitució del E134 per Ser resulta en un enzim amb una activitat glicosintasa incrementada 5 vegades (en termes de kcat/KM) en comparació amb el mutant original E134A. Es demostra la utilitat de la glicosintasa E134A de Bacillus licheniformis per sintetitzar 1,3-1,4-β-glucans artificials per polimerització dels donadors disacàrid (Glcβ3GlcαF), trisacàrid (Glcβ4Glcβ3GlcαF) i tetrasacàrid (Glcβ4Glcβ4Glcβ3GlcαF). S’originen polisacàrids constituïts per unitats repetitives dels seus corresponents monòmers units per enllaços β-1,4. La morfologia del polisacàrid depèn de la unitat repetitiva que el forma de manera que per (β4Glcβ3Glc)n i (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)n s’obtenen esferulites mentre que per (β4Glcβ4Glcβ3Glc)n s’obté un precipitat amorf. Aquests polisacàrids constitueixen nous β-glucans amb estructures homogènies amb una proporció d’enllaços β-1,3 més elevada respecte els β-glucans existents a la natura. El grau de polimerització dels β-glucans obtinguts ve limitat per la solubilitat dels productes de reacció. S’observa que l’ús del mutant més actiu E134S permet estendre la polimerització i assolir polisacàrids d’alt pes molecular en funció de la concentració d’enzim. D’aquesta manera el grau de polimerització (DP) pot ser controlat per l’activitat enzimàtica. Per avaluar la inhibició per producte de l’activitat glicosintasa del mutant E134A se sintetitza l’octasacàrid (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)2, concloent que el producte de reacció actua com inhibidor competitiu malgrat no té un efecte significatiu en els rendiments preparatius dels productes de polimerització enzimàtica. D’altra banda s’estudia l’activitat glicosintasa del mutant E383A de la β-glucosidasa d’Streptomyces sp. S’observa que aquest presenta activitat hidrolítica i de transglicosidació, fet que queda palès amb la formació de productes secundaris en la reacció glicosintasa. Descartada que aquesta activitat hidrolítica provingui d’una contaminació d’enzim wt, es proposa un mecanisme d’hidròlisi i transglicosidació assistit per anió fluorur com a nucleòfil exogen per la formació d’aquests productes secundaris no esperats. Finalment s’immobilitza amb èxit la glicosintasa E383A de la β-glucosidasa d’Streptomyces sp. sobre reïna Chelating Sepharose FF. L’enzim immobilitzat no mostra millora de la seva estabilitat envers els dissolvents orgànics. No obstant, sí millora pel que fa a estabilitat d’emmagatzemament a 4ºC i pH 7 en comparació amb la seva forma lliure i permet la seva reutilització fins a 9 cicles mantenint el 90% de l’activitat inicial. / La constatación de la relevancia de los carbohidratos y glicoconjugados en procesos de reconocimiento celular, regulación y señalización, proliferación celular y respuesta inmunitaria, así como en las funciones estructurales y energéticas reconocidas de forma clásica, han llevado a un interés creciente en estas biomoléculas por parte de la Glicobiología y de la Ciencia de los Materiales. Este hecho ha comportado la necesidad de disponer de herramientas complementarias o alternativas a la química convencional para la síntesis de estas biomoléculas y poder abastecer así la demanda generada. Todo ello ha propiciado el desarrollo de nuevas metodologías sintéticas con la incorporación de etapas enzimáticas. En 1998 se desarrolló la metodología glicosintasa basada en un rediseño del centro activo de glicosidasas que actúan con retención de configuración con la finalidad de suprimir su actividad hidrolítica. El uso de estas enzimas modificadas permite la catálisis eficiente de la formación de enlaces glicosídicos cuando se utilizan dadores glicosídicos activados con la configuración anomérica opuesta a la del sustrato de la reacción normal de hidrólisis. En la presente Tesis se profundiza en la metodología glicosintasa tanto a nivel mecanístico como aplicado. Se trabaja con dos glicosintasas, el mutante E134A de la β-glucanasa de Bacillus licheniformis y el mutante E383A de la β-glucosidasa de Streptomyces sp., con las que se consiguen los siguientes hitos: Se estudia la función del residuo D136 en el centro activo de la glicosintasa E134A de la β-glucanasa de Bacillus licheniformis. El análisis con dobles mutantes, muestra que solo la variante E134A/D136D mantiene cierta actividad glicosintasa, sugiriendo su función como residuo asistente en el mecanismo enzimático. También se obtienen las glicosintasas más activas E134S y E134G de la β-glucanasa de Bacillus licheniformis, donde la sustitución del E134 por Ser da como resultado una variante con una actividad glicosintasa incrementada 5 veces (en términos de kcat/KM) en comparación con la variante original E134A. Se demuestra la utilidad de la glicosintasa E134A de Bacillus licheniformis para sintetizar 1,3-1,4-β-glucanos artificiales por polimerización de los dadores disacárido (Glcβ3GlcαF), trisacárido (Glcβ4Glcβ3GlcαF) y tetrasacárido (Glcβ4Glcβ4Glcβ3GlcαF). Se originan polisacáridos constituidos por unidades repetitivas de sus correspondientes monómeros unidos por enlaces β-1,4. La morfología del polisacárido depende de la unidad repetitiva que lo forma de manera que para el (β4Glcβ3Glc)n y el (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)n se obtienen esferulitas mientras que para el (β4Glcβ4Glcβ3Glc)n se obtiene un precipitado amorfo. Estos polisacáridos constituyen nuevos β-glucanos con estructuras homogéneas con una proporción de enlaces β-1,3 más elevada respecto a los β-glucanos existentes en la naturaleza. El grado de polimerización de los β-glucanos obtenidos viene limitado por la solubilidad de los productos de reacción. Se observa que el uso de la variante más activa E134S permite extender la polimeritzación y conseguir polisacáridos de alto peso molecular en función de la concentración de enzima. De esta manera el grado de polimerización (DP) puede controlarse mediante la actividad enzimática. Para evaluar la inhibición por producto de la actividad glicosintasa de la variante E134A se sintetiza el octasacárido (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)2, concluyendo que el producto de reacción actúa como inhibidor competitivo aunque no tiene un efecto significativo en los rendimientos preparativos de los productos de polimerización enzimática. Por otra parte, se estudia la actividad glicosintasa de la variante E383A de la β-glucosidasa de Streptomyces sp. Se observa que este mutante presenta actividad hidrolítica y de transglicosidación, hecho que queda patente con la formación de productos secundarios en la reacción glicosintasa. Una vez descartada que la actividad hidrolítica provenga de una contaminación por enzima wt, se propone un mecanismo de hidrólisis y transglicosidación asistido por anión fluoruro como nucleófilo exógeno para la formación de estos productos secundarios no esperados. Finalmente se inmoviliza con éxito la glicosintasa E383A de la β-glucosidasa de Streptomyces sp. sobre resina Chelating Sepharose FF. La enzima inmovilizada no muestra mejora en cuanto a estabilidad frente a disolventes orgánicos. No obstante, sí mejora en términos de estabilidad de almacenamiento a 4ºC y pH 7 en comparación con la forma libre y permite su reutilización hasta 9 ciclos manteniendo el 90% de la actividad inicial. / The verification of the relevance of carbohydrates and glycoconjugates in cellular recognition processes, regulation and signaling, cellular proliferation and immunologic response, as well as in structural and energetic functions, has led to an increasing interest in these biomolecules from Glicobiology and Material Science. This fact has turned into a necessity to endow this increasing demand with synthetic tools that are alternative or complementary to conventional chemistry. This has prompted the development of new synthetic methodologies with the inclusion of enzymatic steps. In 1998, Glycosynthase methodology was developed. Glycosynthases are mutated retaining glycosidases in which the catalytic nucleophile has been replaced by an inert residue, resulting in an enzyme hydrolytically inactive but able to catalyze the formation of glycosidic bonds with glycosyl fluoride donors having the opposite anomeric configuration than the normal substrate of the wild-type enzyme. This Thesis goes into detail about the Glycosynthase methodology both on a mechanistic and applied level. Two glycosynthases are used for this purpose, the E134A mutant of the -glucanase from Bacillus licheniformis and the E383A mutant of the -glucosidase from Streptomyces sp., with the following results: The function of D136 residue in the catalytic site of the E134A glycosynthase is studied. The analysis with double mutant shows that only the E134A/D136G mutant maintains some glycosynthase activity, suggesting that it acts as an assistant residue in the enzymatic mechanism. Additionally, the more active glycosynhases E134S and E134G are obtained, where the substitution of E134 for serine results in a five-fold reactivity increase (in terms ofkcat/KM) compared to the original E134A glycosynthase. The E134A glycosynthase derived frorm the Bacillus licheniformis -glucanase is able to synthesize artificial 1,3-1,4--glucans by polymerization of the following glycosyl fluoride donors: Glcβ3GlcαF, Glcβ4Glcβ3GlcαF and Glcβ4Glcβ4Glcβ3GlcαF. These polysaccharides are formed by repeating units of their corresponding monomers connected by 1,4 linkages. Polysaccharide morphology depends on the repeating unit, so that for the (β4Glcβ3Glc)n and the (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)n spherulites are observed whereas for the (β4Glcβ4Glcβ3Glc)n an amorphous precipitated is recovered. These polysaccharides are new artificial -glucans with regular structures presenting a 1,3 linkage content higher than observed in nature. The degree of polymerization of the new -glucans is limited by the solubility of the reaction products. The use of the more active E134S mutant allows reaching larger polymers and rendering high molecular mass polysaccharides as a function of enzyme concentration. In this way, the degree of polymerization (DP) can be modulated by enzyme activity. In order to evaluate the product inhibition of the glycosynthase reaction catalyzed by the E134A mutant, the octasaccharide substrate (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)2, is synthesized, concluding that the reaction product acts as a competitive inhibitor, even though there is not a significant effect on the preparative yields of the enzymatic polymerization products. On the other hand, the E383A glycosynthase derived from the Streptomyces sp. is studied. This mutant presents both hydrolytic and transglycosidation activity, thus the formation of secondary products on the glycosynthase reaction is observed. No contamination of wt enzyme is detected. An hydrolytic and transglycosidation mechanism concerning assisted by fluoride as an exogenous nucleophile is proposed as an explanation for the formation of unexpected secondary products. Finally, E383A β-glucosidasa from Streptomyces sp. is immobilized on Chelating Sepharose FF resin. Immobilization does not increase stability to organic solvents, but the storage stability at 4ºC and pH 7 is clearly enhanced. Additionally, the operation stability is improved, thus the immobilized enzyme maintains 90% of activity along 9 operational cycles.

Se describe la paladiación de dos aminas secundarias, dibencilamina y n-metilfenetilamina. Reacciones de desplazamiento y sustitución sobre las aminas paladiadas permiten obtener derivados neutros y catiónicos que, a su vez, reaccionan con alquinos para dar complejos monoinsertados, diinsertados y triinsertados. Algunos de estos complejos reaccionan con CO y con isocianuros para dar acil o iminoacil-complejos de paladio muy estables. Entre las nuevas especies descritas destacan algunos compuestos que contienen heterociclos de diez miembros. Todos los complejos descritos se han carcterizado mediante las técnicas analíticas y espectroscópicas adecuadas y, en muchos casos, mediante difracción de rayos X. / We describe the palladation of two secondary amines, dibencylamine and n-methylbencylamine. Displacement or substitution reactions on this cyclopalladated complexes allow the synthesis of netural and cationic derivatives which, in turn, react with alkynes to give mono- di- or tri-inserted products. Some of these react with CO or isocyanides to give acyl or iminoacyl palladium complexes of high stability. Among the new speces described are some rather unusual ten-membered heterocycles.All the new complexes are characterized by means of the appropriated analytical and spectroscopic techniques and, in many cases, by X-ray crystallography.

En el diseño de embutidos crudos curados enriquecidos en fibra alimentaria, es esencial la obtención de ingredientes funcionales de elevada calidad, que puedan ser incorporados en la formulación del embutido generando las menores modificaciones de las características físico-químicas y sensoriales del alimento. El principal objetivo de este trabajo consistió en optimizar la formulación de un embutido crudo curado enriquecido en un concentrado de fibra alimentaria de zanahoria. La formulación óptima debe proporcionar el contenido máximo de fibra alimentaria y producir los mínimos cambios de calidad respecto al producto tradicional. Se ha propuesto una metodología para optimizar ambos, la obtención de un concentrado de fibra alimentaria de alta calidad y también la formulación de un embutido crudo curado (sobrasada) enriquecido en fibra alimentaria. En primer lugar, se ha desarrollado un procedimiento que consiste en la modelización, simulación y optimización del proceso de secado convectivo de zanahoria. El procedimiento de optimización no solo se refiere a la transferencia de materia, sino también se incluyen los criterios relacionados con los atributos de calidad del producto final. Una vez obtenido el ingrediente funcional de calidad, fue incorporado en la formulación de la sobrasada. La cantidad óptima de concentrado de fibra alimentaria de zanahoria necesaria para obtener un embutido enriquecido de calidad se estimó mediante el análisis de los efectos de la adición de fibra alimentaria de zanahoria en el proceso de maduración-secado de sobrasada. / To design dry fermented sausages enriched in dietary fibre, it is essential to obtain high quality functional ingredients, which can be incorporated into sausage formulation with minor modifications of the physico-chemical and sensory properties of food. The main objective of this study was to optimize the formulation of a dry fermented sausage enriched with a dietary fibre concentrate from carrot. The optimal formulation should provide maximum dietary fibre content and produce minimal quality changes from the traditional product. A methodology has been proposed to optimize both the acquisition of a high quality fibre concentrate and also for the formulation of a dry fermented sausage (sobrassada) enriched in dietary fibre. First, a procedure comprised of mathematical modelling, simulation and optimization of the convective carrot drying process was developed. The optimization procedure was not only concerned with mass transfer but also included criteria related to quality attributes of the final product. Once the high quality functional ingredient was obtained, it was incorporated into the sobrassada formulation. The optimal amount of carrot dietary fibre concentrate necessary to obtain a high quality enriched sausage was estimated by analysing the effects of carrot dietary fibre addition to the ripening-drying process of sobrassada. / En el disseny d'embotits crus curats enriquits en fibra alimentària, és essencial l'obtenció d'ingredients funcionals d'elevada qualitat que puguin ser incorporats en la formulació de l'embotit generant les menors modificacions de les característiques fisicoquímiques i sensorials de l'aliment. El principal objectiu d'aquest treball va consistir a optimitzar la formulació d'un embotit cru curat enriquit en un concentrat de fibra alimentària de pastanaga. La formulació òptima ha de proporcionar el contingut màxim de fibra alimentària i produir la menor quantitat possible de canvis qualitatius respecte al producte tradicional. S'ha proposat una metodologia per optimitzar ambdós aspectes esmentats, l'obtenció d'un concentrat de fibra alimentària d'alta qualitat i també la formulació d'un embotit cru curat (sobrassada) enriquit en fibra alimentària. En primer lloc, s'ha desenvolupat un procediment que consisteix en la modelització, simulació i optimització del procés d'assecatge convectiu de pastanaga. El procediment d'optimització no només fa referència a la transferència de matèria, sinó que també inclou els criteris relacionats amb els atributs de qualitat del producte final. Una vegada obtingut l'ingredient funcional de qualitat, va ser incorporat en la formulació de la sobrassada. La quantitat òptima de concentrat de fibra alimentària de pastanaga necessària per obtenir un embotit enriquit de qualitat es va estimar mitjançant l'anàlisi dels efectes de l'addició de fibra alimentària de pastanaga en el procés de maduració/assecat de sobrassada.

La present tesi es va centrar en explorar noves estratègies de preparació i modificació de nanoarquitecturas basades en nanocebollas de carboni amb l'objectiu d'expandir les seves aplicacions mitjançant la construcció de nous sistemes de detecció amb propietats millorades. Aquests nanomaterials van ser preparats de manera controlada per escalfament de nanodiamant i van ser dipositats en superfícies d'elèctrodes. Es van obtenir dispersions en solució aquosa emprant interaccions supramoleculars i es van implementar en sensors per molècules petites, proteïnes i ADN amb alta sensibilitat. Encara que alguns d'aquests sistemes no van ser completament optimitzats, dels resultats obtinguts resulta evident el potential que posseeixen aquests materials en bioanàlisi donades les seves avantatges respecte a altres nanomaterials. Els resultats obtinguts també obren noves portes per a altres aplicacions, per exemple en electrònica molecular o cel·les fotovoltaiques en els quals poden exercir un paper important en el seu funcionament donades les seves propietats electròniques i interfacials. / La presente tesis se centró en explorar nuevas estrategias de preparación y modificación de nanoarquitecturas basadas en nanocebollas de carbono con el objetivo de expandir sus aplicaciones mediante la construcción de novedosos sistemas de detección con propiedades mejoradas. Estos nanomateriales fueron preparados de manera controlada por calentamiento de nanodiamante y fueron depositados en superficies de electrodos. Se obtuvieron dispersiones en solución acuosa empleando interacciones supramoleculares y se implementaron en sensores para moléculas pequeñas, proteínas y ADN con alta sensibilidad. Aunque algunos de estos sistemas no fueron completamente optimizados, de los resultados obtenidos resulta evidente el potential que poseen estos materiales en bioanálisis dadas sus ventajas con respecto a otros nanomateriales. Los resultados obtenidos también abren nuevas puertas para otras aplicaciones, por ejemplo en electrónica molecular o celdas fotovoltaicas en los que pueden ejercer un rol importante en su funcionamiento dadas sus propiedades electrónicas e interfaciales. . / The focus of the present thesis was to explore strategies for the preparation and modification of novel nanoarchitectures based on CNOs to expand their current applications in the construction of novel detection systems with improved performances. These nanomaterials were prepared in a controlled manner by nanodiamond annealing and were deposited on electrode surfaces by simple casting methods. They were successfully dispersed in aqueous solution using a supramolecular strategy and implemented in detection systems for small molecules, proteins and DNA with enhanced sensitivity and improved analytical properties. Although some of the biosensor platforms developed in this work were not fully optimized, it is clear that the use of carbon nano-onions in biosensing has many promising advantages over other nanomaterials. Our results also open up new possibilities for many other applications such as photovoltaics or molecular electronics in which the interfacial and electronic properties of carbon nano-onions can play an important role in the fabrication and performance of these devices.

This Thesis reports the fabrication and characterization of interfaces based on conducting polymers (CPs), which are designed with at least one dimension in the nanometric scale, for bioapplications such as scaffolds for promoting electro-active tissue regeneration, drug delivery systems or passive ion transport membranes. In particular, the development of such platforms is addressed to overcome CPs limitations without compromising their electrochemical and electrical properties. Special attention is placed on evaluating those properties that are known to determine cell-biointerface interactions (i.e. surface chemistry, topology and mechanical features) in addition to biocompatibility and biodegradability. Concretely, CP-based biointerfaces are designed as ultra-thin free-standing nanomembranes (FsNM), fibrous substrates or electropolymerized interfaces. In the first approach, spin-coating is used to prepare robust and flexible nanofilms by blending a chemically synthesized PTh derivative (P3TMA), which is soluble in THF, CHCl3 and DMSO, with an insulating polymer (i.e. polyester (PE44) or thermoplastic polyurethane (TPU)), which is crucial to provide mechanical integrity to P3TMA. Fully characterization of the resulting FsNM reveals that both systems, P3TMA:PE44 and TPU:P3TMA interfaces, retain features coming from each of the homopolymers: electrochemical activity and electrical response on the one hand, and biodegradability on the other. Moreover, they behave as potent cellular biointerfaces because they are biocompatible, electrobioactive and adequate substrates for type I collagen adsorption. Secondly, P3TMA is further used to obtain hybrid fibrous scaffolds. In this case, polylactic acid (PLA) and a poly-urea derivative (PEU-co-PEA) are chosen as biodegradable polymers. After the optimization of the electrospinning process, a study is carried out to investigate the electrochemical properties (electroactivity and electrostability) of both PLA:P3TMAand PEU-co-PEA:P3TMA hybrid samples, and their bioapplication. P3TMA displays a good doping level, and retains its electrochemical features in the hybrid fibrous samples, which are electroactive and electrostable. Again, P3TMA improves the cellular proliferation of cells cultured on the hybrid fibrous interfaces, thus enabling their use as suitable scaffolds for cell regeneration. Furthermore, PLA:P3TMA 2:1 fibrous interface can perform as a drug-delivery platform since it combines suitable wetting behaviour, biocompatibility and good electrical features. Drug-loaded matrices with TCS, CHX or CIP are antibacterial active, and thus the drug is feasible to be released from the fibrous biointerface by electrical stimulation. Finally, CP-based biointerfaces are prepared by electrochemical polymerization adopting specific strategies. Hence, Omp2a, an outer membrane protein which forms trimeric pores, is entrapped in a poly(N-methylpyrrole) (PNMPy) matrix, preserving its native structure, which ensures its operative and functional state as passive ion channel. Similarly, a bioactive platform is prepared based on the co-electropolymerization of a specially synthesized bis-thienyl monomer, AzbT, which contains carboxyl and Schiff base functionalities, and 2,2':5',2''-therthiophene (Th3). Such interfaces display good optical and electrochemical properties depending on the AzbT:Th3 molar ratio in the electrpolymerization medium. Furthermore, the copolymer with the highest AzbT content shows enhanced cell adhesion and proliferation results, with cells cultured on their surface homogeneously spread. Such behaviour has been interpreted as the combination effect of the minor release of harmful Th3 monomer entrapped into the polymeric matrix and the presence of the AzbT's distinctive groups. / Esta Tesis reporta la fabricación y caracterización de nanointerfaces compuestas por polímeros conductores (CPs) diseñadas para bioaplicaciones. En particular, el desarrollo de dichas plataformas pretende superar las limitaciones de los CPs sin comprometer sus propiedades electroquímicas y eléctricas. Se ha prestado especial atención en evaluar aquellas características que influyen en las interacciones establecidas entre la biointerfaz y sistemas celulares (i.e. propiedades superficiales, morfológicas y mecánicas), además de determinar su biocompatiblidad y biodegradabilidad. Concretamente, las biointerfaces se han diseñado como nanomembranas, sustratos fibrilares o interfaces obtenidas medicante electropolimerización.La primera estrategia emplea la técnica del spin-coating para preparar nanomembranes free-standing (FsNM) flexibles y robustas combinando un derivado de politiofeno sintetizado químicamente (P3TMA), soluble en THF, CHCl3 y DMSO, con un biopolímero convencional (i.e. polyester (PE44) o poliuretano (TPU)). La presencia del polímero aislante es crucial para dotar al CP de integridad mecánica. La caracterización de las FsNM revela que ambos sistemas (P3TMA:PE44 o TPU:P3TMA) retienen las características distintivas de los homopolímeros: actividad electroquímica y eléctrica por un lado, y biodegradabilidad por el otro. Además, muestran elevada biocompatibilidad, electrobioactividad y adecuada respuesta a la adsorción de colágeno tipo I.A continuación, el P3TMA se utiliza para obtener scaffolds fibrilares híbridos combinándolo con poliláctico (PLA) o un derivado de la poliurea. Tras la optimización de los parámetros de síntesis de las fibras (electrospinning), las propiedades electroquímicas (electroactividad y electroestabilidad) de los dos sistemas (PLA:P3TMA y PEU-co-PEA:P3TMA) y su bioaplicación han sido estudiadas. El P3TMA presenta un buen nivel de dopaje, y mantiene una buena respuesta electroquímica (es electroactivo y electroestable) en los sistemas híbridos. De nuevo, la presencia del CP mejora la proliferación celular, lo que permite usar estas biointerfaces como soporte para el crecimiento celular. Asimismo, el sistema PLA:P3TMA puede actuar como plataforma de liberación de medicamentos ya que combina biocompatiblidad, buenas características eléctricas y una apropiada humectabilidad. Las matrices cargadas con medicamentos bactericidas (TCS, CHX o CIP) son activas, y por lo tanto resultarían interfaces adecuadas para la liberación controlada de fármacos mediante estimulación eléctrica. Finalmente, varios sistemas basados en CP han sido diseñados mediante polimerización electroquímica adoptando estrategias concretas para mejorar su aplicación biotecnológica. En primer lugar, Omp2a, una proteína de membrana que forma poros triméricos, se ha inmovilizado en una matriz de poli(N-metilpirrol) (PNMPy). Este método preserva su estructura nativa y asegura su estado operativo y funcional como canal iónico pasivo. De manera similar, una segunda plataforma bioactiva se ha desarrollado mediante la copolimerización de un mónomero que contiene funcionalidades específicas (carboxilos y bases de Schiff) con 2,2’:5’,2’’-therthiophene (Th3). Dichas interfaces presentan buenas propiedades ópticas y electroquímicas en función de la ratio molar de AzbT:Th3 en el medio de polimerización. También, la mejor respuesta de adhesión y proliferación celular se obtiene para el copolímero con el mayor contenido de AzbT, interfaz sobre la cual las células de distribuyen de manera homogénea y completamente estiradas. Dicho comportamiento se ha interpretado como resultado del efecto combinado de (i) una menor liberación del monómero tóxico Th3 de la matriz P(AzbT:Th3) y (ii) una mayor presencia de los grupos distintivos del AzbT.Palabras clave: polímero conductor, compuesto biodegradable, scaffold fibrilar, ingeniería de tejidos, sistemas de liberación de fármacos, biointerfaces funcionales, polimerización electroquímica.

CATALA La contaminació de les aigües superficials i subterrànies representa el problema mediambiental més greu a què s'ha d'enfrontar la indústria minera, a causa de les denominades aigües àcides de mina (AAM), generades com a resultat de la lixiviació dels residus finals dipositats a les basses d'emmagatzematge. Els jaciments minerals que contenen sulfurs metàl·lics són una font potencial d'AAM. L'exposició d'aquests materials als agents atmosfèrics, com l'oxigen i l'aigua, dóna lloc a la generació d'un lixiviat fortament contaminat, amb una elevada acidesa (pH&#61500;4), alts continguts de SO42- (100-7000 mg dm-3) i quantitats variables de ions metàl·lics. En aquestes noves condicions d'acidesa i d'oxidació-reducció, les AAM poden escórrer-se pel sòl i els elements químics poden viatjar amb les aigües subterrànies, amb les consegüents repercussions per a l'ecosistema aquàtic.El tractament de les aigües subterrànies ha generat un gran interès en el camp de la biotecnologia ambiental. La tècnica més recent és el tractament in situ del plomall contaminat mitjançant una barrera permeable reactiva (BPR), que consisteix en la instal·lació d'un material reactiu a l'aqüífer capaç d'induir processos fisicoquímics i biològics que eliminin els contaminants de l'aigua. La tecnologia de les BPR per al tractament d'AAM és relativament moderna, sense precedents a Europa fins la instal·lació, l'any 2000, d'una BPR a l'aqüífer del riu Agrio, fortament contaminat per AAM després del trencament de la bassa de residus de la mina d'Aznalcóllar. L'enfocament biològic per al tractament de les AAM mitjançant una BPR es basa en l'ús de bacteris sulfato-reductors (BSR), capaços de reduir SO42- a S2-, que precipiten en presència de metalls en forma de sulfurs metàl·lics.L'objectiu primordial d'aquesta tesi és el d'estudiar, a escala de laboratori, els processos físico-químics i biològics involucrats en el tractament d'AAM mitjançant una BPR com la instal·lada a Aznalcóllar.Amb aquest propòsit, es va procedir a simular la barrera en experiments en columna, en què es va avaluar la capacitat de mescles reactives -a base de compost vegetal, calcita i puntualment Fe0- per al tractament d'una AAM sintètica. Els resultats van mostrar que el compost utilitzat és una font de carboni massa poc biodegradable per promoure l'activitat dels BSR. Malgrat la falta de condicions sulfato-reductores, la majoria dels metalls fou eliminada de forma significativa, la qual cosa va suggerir l'existència de processos diferents de la precipitació de sulfurs. En experiments posteriors es va demostrar que la precipitació d'(oxi)hidròxids i carbonats metàl·lics, la co-precipitació amb aquests, i l'adsorció sobre el compost són responsables de la disminució de la concentració de metalls. Aquest darrer mecanisme va ser objecte d'un estudi més exhaustiu, que va demostrar que els grups àcids presents a la superfície del compost poden adsorbir Zn i Cu. Posteriorment, i constatada la poca idoneïtat del compost per engegar un procés de sulfato-reducció bacteriana, l'objecte d'estudi es va orientar cap a la recerca d'altres matèries orgàniques, i més concretament, d'una metodologia per predir-ne la biodegradabilitat. Es va comparar, així, la composició química de quatre substrats orgànics (compost vegetal, fulles vegetals, i fems d'ovella i de cavall) amb la seva capacitat de promoure condicions sulfato-reductores. Els resultats van mostrar que la biodegradabilitat d'una matèria orgànica està estretament relacionada amb el seu contingut de lignina, i que aquest pot ser utilitzat per a la predicció de la seva biodegradabilitat. Dels substrats orgànics assajats, la mostra de fems d'ovella va resultar ser la més favorable, per la qual cosa es va seleccionar per a experiments posteriors en el tractament d'AAM. Els resultats d'aquests últims experiments van indicar que la presència de metalls a altes concentracions a l'aigua a tractar pot exercir efectes toxicològics als BSR i inhibir-ne el metabolisme. / ANGLES The contamination of surface and groundwater represents the most serious environmental concern associated with the mining industry around the world, owing to the so-called acid mine drainage (AMD), which is generated as the result of the leaching of the residual wastes disposed of in open-air impoundments.Mineral deposits containing metal sulphides represent a potential source of AMD. The exposition of these residues to the atmospheric agents, like oxygen and water, results in the generation of a heavily contaminated-leachate characterised by a high acidity (pH<4), high contents in SO42- (100-7000 mg dm-3) and variable amounts of metallic ions. In these new acidic and redox conditions, these acidic waters can drain through the soil and enter into the groundwater system, resulting in a potential risk to aquatic and terrestrial ecosystems.The treatment of such groundwaters has in the last decades drawn the attention in the field of environmental biotechnology. A recent economically attractive technology in the in-situ treatment of AMD are the permeable reactive barriers (PRB), which consist of the installation into the aquifer of an appropriate reactive material able to induce physico-chemical and biological processes that remedy contaminated groundwater that flows through it. The PRB technology has emerged as a cost-effective alternative, without any precedent in Europe until the installation, in 2000, of a PRB into the Agrio river aquifer, which was heavily contaminated by AMD after the break down of the tailing pond in the pyritic mine of Aznalcóllar. The biological approach of the AMD treatment by means of a PRB is based on the use of sulphate-reducing bacteria (BSR), able to reduce SO42- to S2-, which can precipitate in presence of metals as metal sulphides.The present Thesis forms part of the research work on the PRB in Aznalcóllar, and its aim is the study, at the laboratory-scale, of the physico-chemical and biological processes taking place in the PRB in Aznalcóllar.For this purpose, the PRB was simulated in column experiments, in which the capacity of reactive mixtures -based on vegetal compost, calcite, and occasionally Fe0- was evaluated in the treatment of a synthetic AMD. The results showed that the compost used in this study is a too poor biodegradable carbon source to promote the SRB activity. Despite the lack of sulpahte-reducing conditons, most of metals were significantly removed, suggesting the existence of other processes than the sulphide precipitation. In subsequent experiments, the metallic (oxy)hydroxide and carbonate precipitation, the co-precipitation with them, and sorption onto the compost were demonstrated to be responsible of the decrease of the metal concentration. This latter mechanism was object of a more exhaustive study, which demonstrated that acidic groups on the compost surface can sorb Zn and Cu present in the solution. Subsequently, and because compost was found to be not suitable in promoting the bacterial sulphate-reducing process, the object of the study was directed towards the research of other organic matters and, more specifically, of a methodology for predicting their biodegradabity. The chemical composition of four organic substrates (vegetal compost, vegetal leaves, and sheep and poultry manure) and their ability in promoting sulphate-reducing conditions in a metal-free medium were compared. Results showed that the biodegradability of an organic matter is closely linked to its lignin content, which can be used as a predictable parameter. Among the assessed organic substrates, sheep manure resulted to be the most favourable in terms of sulphate-reduction, and was selected for the treatment of AMD. Results of these further experiments indicated that the presence of metals at high concentrations in the water can exert toxicological effects to the SRB and inhibit their metabolism.

La progressió de l'aterosclerosi i la trombosi en pacients amb risc de malaltia cardiovascular depèn en gran mesura de l'entorn únic a nivell físic i bioquímic cada individu. Característiques tals com l'arquitectura de la vasculatura, la composició bioquímica de la sang o el tipus de tractament defineixen el resultat de les intervencions cardiovasculars. La col•locació d'un stent o d'un bypass busca recuperar la permeabilitat del vas, però es veu limitada per la restenosis i la trombosi. El disseny de models multi-escala específics per a cada pacient pot ajudar a entendre la progressió d'aquests esdeveniments en tenir la capacitat per integrar les respostes cel•lulars microscòpiques en el context del flux macroscòpic i de les condicions estructurals. Aquests models poden proporcionar informació sobre com mitigar respostes adverses en funció de cada individu. Emprant mètodes in silico i in vitro prèviament validats, s'ha desenvolupat una plataforma de replicació arterial per reproduir bifurcacions vasculars coronàries i caròtides derivades d'imatges clíniques que s'han fet servir per generar arxius computacionals per a anàlisi in silico per una banda i per fabricar models arterials polimèrics biocompatibles per a anàlisis in vitro de l’altra. En paral•lel amb les simulacions de flux, els models físics van ser sembrats amb cèl•lules vasculars centrals en l'hemostàsia i la resposta a les lesions. Els models vasculars van ser exposats a fluxos fisiològics rellevants i a entorns urèmics, inflamatoris o anti-proliferatius. Després de la caracterització funcional dels models, el progrés de l'aterosclerosi i la trombosi es va quantificar a nivell local i es va correlacionar amb les característiques biològiques, químiques i físiques de l'entorn cel•lular. La quantitat de recirculació i la presència d'agents inflamatoris, productes químics anti proliferatius i de sèrum i soluts urèmics van ser crítics per a l'activació dels biomarcadors d'evolució d'aterosclerosi i trombosi . Plataformes integrades tals com la descrita en aquesta tesi podrien ser molt útils en una varietat de camps de la biomedicina. La plataforma pot ajudar els investigadors a respondre una sèrie de qüestions biològiques clínicament rellevants i té la capacitat de produir empelts vasculars bioimplantables en un futur pròxim. / La progresión de la aterosclerosis y la trombosis en pacientes con riesgo de enfermedad cardiovascular depende en gran medida del entorno único a nivel físico y bioquímico de cada individuo. Características tales como la arquitectura de la vasculatura, composición bioquímica de la sangre o el tipo de tratamiento definen el resultado de las intervenciones cardiovasculares. La colocación de un stent o de un bypass busca recuperar la permeabilidad del vaso, pero se ve limitada por la restenosis y la trombosis. El diseño de modelos multi-escala específicos para cada paciente puede ayudar a entender la progresión de estos eventos al tener capacidad para integrar las respuestas celulares microscópicas en el contexto del flujo macroscópico y de las condiciones estructurales. Dichos modelos pueden proporcionar información sobre cómo mitigar respuestas adversas en función de cada individuo. Usando métodos in silico e in vitro previamente validados se ha desarrollado una plataforma de replicación arterial para reproducir bifurcaciones vasculares coronarias y carótidas derivadas de imágenes clínicas, que se han usado para generar archivos computacionales para análisis in silico por un lado y para fabricar modelos arteriales poliméricos biocompatibles para análisis in vitro por otro. En paralelo con las simulaciones de flujo, los modelos físicos fueron sembrados con células vasculares centrales en la hemostasia y la respuesta a las lesiones. Los modelos vasculares fueron expuestos a flujos fisiológicos relevantes y a entornos urémicos, inflamatorios o anti proliferativos. Tras la caracterización funcional de los modelos, el progreso de la aterosclerosis y la trombosis se cuantificó a nivel local y se correlacionó con las características biológicas, químicas y físicas del entorno celular. La cantidad de recirculación y la presencia de agentes inflamatorios, productos químicos anti proliferativos y de suero y solutos urémicos fueron críticos para la activación de los biomarcadores de evolución de aterosclerosis y trombosis. Plataformas integradas tales como la descrita en esta tesis podrían ser muy útiles en una variedad de campos de la biomedicina. La plataforma puede ayudar a los investigadores a responder una serie de cuestiones biológicas clínicamente relevantes y tiene la capacidad de producir injertos vasculares bioimplantables en un futuro próximo. / Progression of atherosclerosis and thrombosis in patients at risk of cardiovascular disease depend heavily upon the unique physical and biochemical environment of each individual. Characteristics such as vessel architecture, biochemical composition of blood or type of treatment define the outcome of cardiovascular interventions. Stent placement and graft positioning seek to recover vessel patency, yet are limited by restenosis and thrombosis. Composite, patient-specific, multi-scale models able to integrate microscopic cellular responses in the context of relevant macroscopic flow and structural conditions may help understand the progression of these events, providing insight into how to mitigate adverse responses in specific settings and individuals. Based on previously validated in silico and in vitro methods, an arterial replication platform was developed. Vascular architectures from coronary and carotid bifurcations were derived from clinical imaging and used to generate conjoint computational meshing for in silico analysis and polymeric, biocompatible scaffolds for in vitro models. In parallel with three dimensional flow simulations, the geometrically-realistic constructs were seeded with vascular cells critical to vessel hemostasis and response to injury and exposed to relevant, physiologic flows and uremic, inflammatory or anti-proliferative conditions. Following functional characterization, in vitro surrogates of atherosclerotic and thrombogenic progression were locally quantified and correlated with the biological, chemical and physical characteristics of the cellular environment. The extent of recirculation and the presence of inflammatory agents, anti-proliferative chemicals and uremic serum and solutes were critical to the activation of atherosclerosis and thrombosis progression biomarkers. Integrated frameworks such as the one described in this thesis could be very useful in a range of biomedical fields. The platform may help researchers to answer an array of biological and clinically relevant questions and holds the capacity to cast bioimplantable vascular grafts in a close future.