The application of innovative nanotechnologies to medicine has shown a great potential to significantly benefit clinical practice, offering solutions to many of the current limitations in diagnosis, treatment and management of human diseases. Among the various approaches for exploiting developments in nanotechnology for biomedical applications, drug delivery systems (DDS) have already had an enormous impact on medical technology, improving the performance of many existing drugs and enabling the use of entirely new therapies.The fact that DDSs can protect sensitive biomolecules, such as enzymes and proteins, from degradation and the in vivo attack of the immune system providing longer blood circulation times, have been used to improve the effectiveness and delivery of these drugs. Particularly vesicles have served as convenient delivery vehicles for biologically active compounds because they are non-toxic, biodegradable and non immunogenic. Contrary to products where the active substance is in solution, the pharmacological properties of vesicle-based delivery systems, such as stability, kinetic release of the encapsulated substance and response to external stimuli, are strongly dependent on the structural characteristics of the conjugates. Indeed, a high degree of structural homogeneity regarding size, morphology and lipid organization in the membrane is crucial for their optimum performance as functional entities. Conventional methodologies to produce vesicles, usually present difficulties in controlling the self-assembling of the molecules constituting the system, leading to materials with high structural heterogeneity. Therefore additional operations are needed in order to achieve the desired structures. In order to be able to commercially exploit the enormous potential of these DDS as nanomedicines, it is necessary the development of new, efficient and environmentally respectful methodologies that allow the manufacturing of these materials with controlled nanostructures, and that are amenable to be scalable. Recently Nanomol group has developed a process called DELOS-SUSP (Depresurization of an Expanded Liquid Organic Solution-Suspension) for the preparation of dispersed systems based on the use of compressed fluids (CFs). This eco-efficient one-step methodology allows the obtaining of uniform, unilamellar and nanoscopic cholesterol-rich vesicles with large structural homogenity and great stability along time. Taken advantage of the enormous potential of CF-based technologies for the production of nanostructured materials, this PhD Thesis has been devoted to demonstrate the goodness of such methodologies for the direct, robust and scalable encapsulation of biomolecules in cholesterol-rich vesicles. Another important objective has been the development of reproducible and scalable methodologies in order to functionalize those vesicles with targeting/protective units enabling greater selectivity of the therapeutic targets and therefore more effective treatments; and finally the use of the biomolecules-vesicles conjugates prepared by DELOS-SUSP in the treatment of different diseases. Concretely, the first part of this work has been focused on the integration of different proteins such as GFP, BSA, GLA and EGF in vesicles of different compositions obtaining nanovesicle-biomolecule conjugates with good physicochemical characteristics, homogeneous morphologies and high protein loadings. Likewise RGD targeting peptides and protective units such as PEG, have been successfully incorporated into the membrane of the vesicles. Importantly is have been prove that the biomolecules activity is unaffected after processing with compressed fluids and in the case of some proteins, the biological activity is enhance when the biomolecules were associated to the vesicles. The latter reinforce the importance of the nanostructuration in the efficacy of nanomedicines. In further steps to demonstrate the potential of the nanoconjugates prepared by DELOS-SUSP to be used as nanomedicines, GLA loaded liposomes-RGD and rhEGF loaded quatsomes conjugates were prepared by DELOS-SUSP and applied for the treatment of the Fabry’s disease and complex wounds, respectively. All the physicochemical characterizations as well as the in-vitro and in-vivo biological assays carried out in the frame of this Thesis have demonstrated that both nanoconjugates can be considered as future potential nanomedicines that could provide safer, more efficacious drugs, site-specific delivery, improved patient compliance, and favorable clinical outcomes. The results obtained in this Thesis contribute to demonstrate that DELOS-SUSP methodology is a strong and robust platform for the production of nanovesicle-bioactive conjugates to be used as nanomedicine.

En la segona meitat del segle XX, la industrialització dels vaixells pesquers va donar lloc a una sobreexplotació dels recursos marins a les àrees costeres dels estats tradicionalment pesquers. En conseqüència, els països pesquers industrialitzats van començar a explorar les aigües llunyanes, en gran part sense traves legals, per alimentar la creixent demanda de peix i marisc. Amb l'entrada en vigor de la Convenció de les Nacions Unides de 1982 sobre el Dret del Mar (UNCLOS, en anglès), així com l’Acord de Recursos Pesqueres (“Fish stock agreement”) de les Nacions Unides de 1995, es van reestructurar radicalment els drets i les responsabilitats de la pesca de captura marina. No obstant això, aquestes noves legislacions van deixar molt d’espai a l’explotació econòmicament ineficient i ecològicament insostenible dels recursos pesquers. En tres assaigs, aquesta tesi dóna llum a la interacció entre les flotes industrialitzades d'aigües llunyanes i les regions sovint vulnerables on s’hi pesca. El primer assaig revisa críticament el desenvolupament de la pesca en aigües llunyanes en el món tropical durant els darrers 50 anys i ofereix una anàlisi quantitativa de la relació entre les flotes d'aigües llunyanes i els països tropicals d’acollida. Es conclou que hi ha un clar canvi de poder dels països tradicionalment pesquers als nouvinguts, sobretot asiàtics, i que els països petits i econòmicament febles són els més vulnerables a relacions d'explotació amb els estats que pesquen en aigües llunyanes. El segon assaig aborda la qüestió de si, des d'un punt de vista econòmic, els Països Insulars del Pacífic (PICs, en anglès) haurien de continuar concedint accés als estats pesquers d'aigües llunyanes, o si s'hauria d'intentar desenvolupar una indústria pròpia pesquera nacional. Amb aquesta finalitat, un nou model bioeconòmic amb múltiples espècies i actors és analitzat. Els resultats del model mostren que els PICs maximitzarien els seus beneficis mitjançant l'eliminació gradual dels acords d'accés amb els estats pesquers d'aigües llunyanes, substituint-los per un esforç pesquer nacional. L'alternativa és elevar considerablement les tarifes d'accés, tot i que, per descomptat, això pot tenir diferents conseqüències a llarg termini. En el tercer assaig, es descriu un model empíric per inferir el pes viu de la pesca de la tonyina vermella a l’Atlàntic Est i al Mediterrani (EBFT, en anglès) a partir de dades mensuals del comerç entre 2005 i 2011. En base a la captura total estimada, s’arriba a la conclusió que l’EBFT ha estat persistentment sobreexplotada al llarg de tot el període esmentat. En conclusió, aquesta tesi ha contribuït a la literatura tot estudiant l'impacte de la pesca en aigües llunyanes sobre la salut de les poblacions de peixos en alta mar i en les zones econòmiques exclusives en regions tropicals, així com en el benestar dels països en desenvolupament que són abundants en recursos pesquers. / In the second half of the 20th century, the industrialization of fishing vessels led to an over-exploitation of marine resources in near-shore areas of traditional fishing nations. As a result, industrialized fishing nations started to explore distant waters, largely unhindered by legal boundaries, to fuel the growing demand of fish and seafood products. While the coming into force of the 1982 United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS), and the 1995 United Nations “Fish Stocks Agreement”, dramatically restructured rights and responsibilities of marine capture fisheries, they left much room for economically inefficient and ecologically unsustainable exploitation of fisheries resources. In three essays, this thesis sheds light on the interplay between industrialized distant water fleets and the often vulnerable regions where they fish. The first essay critically reviews the development of distant water fishing in the tropical world over the past 50 years and provides a quantitative analysis of the relationship between distant water fleets and tropical host countries. It concludes that there is a clear shift in powers from traditional fishing countries to mainly Asian newcomers, and that small and economically weak countries are most vulnerable to exploitative relationships with distant water fishing nations. The second essay addresses the question whether, from an economic point of view, Pacific Island Countries (PICs) should continue granting access to distant water fishing nations or whether they should attempt to develop an own domestic fishing industry. To this end, a newly developed multispecies, multiplayer bioeconomic model is analyzed. It provides the insight that PICs would maximize their profits by phasing out access agreements with distant water fishing nations, replacing these by domestic fishing effort. The alternative is to considerably raise access fees, although this does of course may have different long term consequences. In the third essay, an empirical model is constructed to derive life catch weight for Eastern Atlantic and Mediterranean Bluefin tuna (EBFT) from monthly trade data for all major countries involved in its trade between 2005 and 2011. Based on estimated total catch we conclude that EBFT has persistently been overfished, throughout the entire period. In conclusion, this thesis has contributed to the literature on the impact of distant water fishing on fish stock health in the high seas and tropical Exclusive economic zones, and on the welfare of resource-rich developing countries.

El trabajo realizado en esta tesis se ha centrado en dos sistemas de nanopartículas moleculares que tienen un uso potencial en el campo de la nanomedicina: i) vesículas lipídicas – entidades supramoleculares que se proponen como sistemas de liberación de fármacos y ii) cuerpos de inclusión (Inclusion Bodies, IBs) – nanopartículas formadas por agregados proteicos. La primiera parte del trabajo se ha centrado en el estudio comparativo de sistemas vesiculares preparados por i) diferentes metodologías así como ii) diferentes composiciones. Los métodos comparados son DELOS-susp, un método de una sola etapa basado en fluidos comprimidos y procesos convencionales que constan de varias etapas, como hidratación de película delgada (thin film hydration, TFH) y tratamiento con ultrasonidos seguido de extrusión (ultrasound, US). La influencia de la estructura interna se ha investigado con vesículas con diferentes composiciones mixtas: CTAB-Colesterol y DOPC-Colesterol. Para este estudio hemos utilizado métodos que monitorizan la interacción de nanomaterials con superficies como la resonancia de plasmones superficiales (surface plasmon resonance, SPR) y la microbalanza de cristal de cuarzo con disipación (quartz crystal microbalance with dissipation, QCM-D). A partir del análisis de datos hemos demostrado que todos los sistemas investigados forman monocapas de vesículas enteras tras la interacción con superficies de oro. Ha sido posible calcular la absorción de masa, espesor, densidad y propiedades mecánicas de los diferentes sistemas vesiculares estudiados. Hemos concluido, que la influencia del método de preparación es muy. Es decir, en este tipo de sistemas, la arquitectura interna, una vez lograda, es la que determina las propiedades mecánicas de las entidades supramoleculares. Por otro lado, se ha encontrado una influencia de la composición interna de las vesículas en sus propiedades mecánicas. Así, las vesículas formadas por colesterol y CTAB han demostrado ser más rígidas que las formadas por colesterol y DOPC. Por otro lado, esta tesis se ha centrado en el uso de IBs para la funcionalización de superficies con diferentes patrones utilizando técnicas de litografía blanda. Posteriormente, se han caracterizado y evaluado las propiedades de estas superficies decoradas con IBs como soportes para el cultivo y guiaje de células. En el marco de esta tesis se han conseguido preparar con éxito patrones geométricos de IBs de alta resolución. Un análisis estadístico de los datos obtenidos a partir de imágenes de microscopía óptica y confocal ha permitido sacar demostrar, que la orientación, la morfología, y el posicionamiento de las células dependen de la geometría de los patrones. La siguiente etapa de la tesis estuvo centrada en la desarrollo de un dispositivo que permitiera la deposición de gradientes de IBs en superficies a partir de suspensiones coloidales. La técnica está basada en el fenómeno ampliamente conocido del “efecto de la gota de café”. Así, un dispositivo ha sido diseñado, construido, calibrado y utilizado con éxito para preparar sustratos funcionalizados con patrones, muy fáciles de modificar y con bajo coste. Con este dispositivo se ha propuesto e implementado un protocolo de la deposición de gradientes de nanopartículas. Los gradientes obtenidos se han caracterizado en cada caso confirmando la presencia de cambios lineales de concentración de IB sobre grandes áreas (ca 500 micras) tal y como se necesita para realizar estudios de motilidad celular. En la última parte de la tesis hemos utilizado los gradientes de IBs para estudiar la motilidad celular. El método de deposición permitió preparación de sustrato complejo con más de 80 diferentes entornos para el cultivo celular. Como conclusión general de esta parte podemos confirmar que existe un control claro de la motilidad celular provocada por los patrones de gradientes de IBs ingeniados. En general, con el trabajo realizado hemos demostrado que los IBs pueden considerarse una nueva herramienta muy interesante y útil para el guiaje celular, lo cual puede tener implicaciones muy interesantes en el campo de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos. / This Thesis is focused on two systems of molecular nanoparticles that have a prospective use in nanomedicine. These systems are: (i) lipidic vesicles – supramolecular entities that are already used as drug delivery systems and (ii) Inclusion Bodies (IBs) - proteic nanoaggregates, that are emerging as a new tool in the light of tissue engineering The first part of this work is focused on the comparison of a vesicular system prepared by DELOS ‐ susp, a compressed fluid‐based single-step method previously developed in our group, and conventional multi‐step processes that are usually employed for vesicle production, like thin film hydratation or sonication followed by extrusion. We have compared also two different vesicle compositions: one system is based on DOPC phospholipid and cholesterol (liposome) and the other contain a quaternary ammonia amphiphile, CTAB, and cholesterol (quatsomes). To study the structural characteristics of both systems we have used the combination of two non-labelling methods: Surface Plasmon Resonance (SPR) and Quartz Crystal Microbalance with Dissipation (QCM-D) in order to obtain complementary data. We conclude that both investigated vesicular systems form layers of vesicles when interacting with gold surfaces. We have calculated the mass uptake, thickness, density and mechanical properties of the studied vesicular systems. We conclude, that the influence of the preparation method is negligible in the case of quatsomes. That is, the internal architecture, once achieved, determines the mechanical properties of these supramolecular entities. On the other hand, vesicles formed by quaternary salts and cholesterol have demonstrated to be more rigid than the liposomes based on phospholipid and cholesterol. The work developed in following three Chapters has been focused on the use IBs for surface engineering. In this part we have characterized and evaluated IBs decorated surfaces as supports for cell cultivation and guidance. The second Chapter is centred on the formation of two-dimensional microscale patterns of IBs using a soft lithography technique and evaluation of cell behaviour when cultivated on them. We have successfully prepared high resolution geometrical IBs patterns and cultivated cell on them. Basing on a deep, statistical analysis of data derived from optical and confocal microscopy images we derived conclusions about the influence of the IBs pattern geometry on cell´s behaviour. The orientation, morphology and positioning of cells clearly depends on the geometry of IBs patterns proving the usefulness of IBs for cell guidance. Moreover, the synergy between biological activity and topographical stimuli of cells by IBs has been confirmed. In the third Chapter, in order to study cell motility induced by IBs, we have focused on the design and engineering of a device allowing deposition of surface-bound IBs gradients from colloidal suspensions. The developed technique is based on the widely known coffee drop effect. A deposition device was constructed, calibrated and successfully used to prepare substrates with the desired patterns, which can be obtained in a fast (up to 1 mm per 1 min) and cost-effective manner. Also, a robust protocol for gradient deposition was proposed and implemented. The obtained gradients were characterized, confirming the presence of linear changes of IBs concentration over broad areas (c.a. 500 μm) as needed to perform cell motility studies. The last Chapter describes the use of the IBs gradients to study cell motility. A complex substrate with 80 different zones for high-throughput cell culture study was successfully produced. Individual cell movement assay were carried out using confocal microscopy time-lapse acquisition. Cell movement descriptors such as average travelled distance, directionality, etc. were quantified, enabling us to investigate in detail how factors such as the gradient slope or the concentration of IBs influence cell motility. As an overall conclusion of this part we can confirm the control over cell motility by the IBs gradient patterns. In general we have proved that IBs as well as the different two-dimensional engineering methods used are interesting and useful approaches with a prospective use in the control of cell guidance as well as a promising tools in regenerative medicine and tissue engineering.

Durante las últimas décadas se han desarrollado muchas técnicas para estudios de estructura molecular. La Wspectroscopía Magnética Nuclear (NMS), en particular, es una técnica importante que ha alcanzado un uso generalizado para la identificación y caracterización de moléculas de interés en la química y la bioquímica. Además, la resonancia magnética (MRI) es uno de los mejores métodos clínicos no invasivos de formación de imágenes utilizados en la medicina aprovecha los principios de la NMS. Una de las principales limitaciones de la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es su intrínseca baja sensibilidad. La señal de RMN es proporcional a la polarización nuclear, P, que se rige por la distribución de Boltzmann de spines nucleares. Para superar esta limitación intrínseca han aparecido en las últimas décadas algunas mejoras instrumentales, como el desarrollo de sondas criogénicamente enfriados y la disponibilidad de mayores campos magnéticos mediante nuevos imanes superconductores. Además, varios métodos para mejorar la polarización nuclear también se han desarrollado y están en constante expansión. Entre ellos, los más extendidos son los de bombeo óptico, la polarización para-hidrógeno inducida (PHIP) y la polarización nuclear dinámica (DNP). Todos estos métodos se basan en la hiperpolarización, el cual es un término general que describe un sistema en el que la distribución de las poblaciones ha sido perturbado para crear un exceso de poblaciones en un nivel energético, aumentando así la magnetización neta del sistema. La Polarización Dinámica Nuclear (DNP) ha surgido como uno de los métodos más generales de hiperpolarización nuclear. DNP es una técnica que requiere la presencia en la muestra de un compuesto paramagnético, un agente vitrificante y el analito, el objetivo de la polarización. En esta Tesis hemos desarrollado varios compuestos paramagnéticos nuevos basados en radicales orgánicos persistentes que abarcan desde monoradicals de tres familias diferentes (TEMPO, BDPA y PTM) a birradicales que combinan dichos monoradicals. En la presente Tesis se ha sintetizado y caracterizado varios monoradicals de tres familias de compuestos (PTM, BDPA y TEMPO). La posible aplicación de los derivados de tres BDPA como agentes de polarización ha sido explorada. Los resultados obtenidos para dos de ellos son prometedores, ya que mejoran las condiciones de preparación de la muestra con respecto al BDPA no funcionalizado, reduciendo el tiempo necesario para llevar a cabo el experimento de polarización y se ha abierto la posibilidad de ser eliminadas durante el proceso de transferencia a fin de evitar una mayor pérdida de polarización. Recientemente se ha propuesto que birradicales mixtos a base de radicales tritilo y radicales nitróxido son potencialmente los mejores candidatos para la obtención de las mejores polarizaciones en DNP. Bajo la luz de estos estudios, se realizó la síntesis y caracterización de birradicales, no sólo los que unen tritilo y nitróxido sino tambien aquellos que unen radicales de la misma familia o de familias centrados en carbono. La posible aplicación de algunos de ellos como agentes polarizadores se pusieron a prueba oobteniendo buenos resultados para alguno de ellos. Otra metodología para obtener núcleos hiperpolarizados de baja constante giromagnética es el uso de Magic Angle Spinning-Dynamic Nuclear Polarizacion (MAS-DNP). En esta técnica, el compuesto hiperpolarizado por lo general son los átomos de hidrógeno del agua que transfieren su polarización a los núcleos de baja constante giromagnética por la doble resonancia realizada por la Cross-Polarization. Los compuestos paramagnéticos que se utilizan para polarizar núcleos de hidrógeno en general son birradicales TEMPO. Como hemos sintetizado un monorradical de TEMPO, se realizó la síntesis y caracterización de tres birradicales TEMPO (TEMPO=TEMPO, TEMPOesterTEMPO y TEMPOamidoTEMPO) y se llevaron a cabo las pruebas de polarización de agua en el laboratorio del Dr. Bodenhausen (Suiza). Las mejoras obtenidos indicaron que los birradicales con mayores acoplamientos genera niveles de polarización inferiores y con ellos mejora inferior. En general, MRI se limita a sistemas con una gran magnetización neta, tal como la proporcionada por el agua en los tejidos. Obtención de imágenes de otros núcleos es posible, pero difícil. Estas deficiencias son el resultado tanto de las relaciones giromagnéticas y abundancias naturales de los otros núcleos activos. Más específicamente, los protones tienen una relación giromagnética relativamente alta en comparación con otros núcleos. La relación giromagnética controla la diferencia en los niveles de energía del sistema, cuanto más grande es la diferencia de energía, mayor es la polarización que se obtiene debido a la distribución de Boltzmann. Otros núcleos tales como carbono, nitrógeno o fósforo tienen relaciones giromagnéticas más pequeñas, tienen menor diferencia de nivel de energía y por tanto más pequeñas polarizaciones netas. Si bien son posibles aplicaciones espectroscópicas de núcleos distintos de protones utilizando NMR, es casi imposible de formación de imágenes de los otros núcleos (especialmente in vivo). La baja sensibilidad de la RM de núcleos con constantes giromagnéticas bajas puede mejorarse mediante técnicas de hiperpolarización. Por otra parte, las mejoras en las imágenes de agua, aparte de las diferencias en el contenido de agua local de diferentes tejidos que genera un contraste intrínseco, el contraste básico en las imágenes de RM se debe principalmente a las diferencias en los tiempos de relajación T1 y T2, cada de los cuales se puede independientemente dominar contraste de la imagen. Sin embargo, el contraste intrínseco proporcionado por los tiempos T1 y T2 del y los cambios en sus valores introducidos por patologías del tejido son a menudo demasiado limitadas para permitir un diagnóstico sensible y específico. Por esa razón, se hace uso de agentes de contraste para MRI que alteran el contraste de la imagen después de su administración. El grado y la localización de los cambios de contraste proporcionan información de diagnóstico importantes. Ciertos agentes de contraste se utilizan predominantemente para acortar el tiempo de relajación T1 y éstos se basan principalmente en quelatos de bajo peso molecular de iones de gadolinio Gd3+. La investigación en agentes de contraste con radicales orgánicos ofrecería una alternativa a los medios de contraste basados en gadolinio altamente tóxicos. Sin embargo, la intrínsecamente baja capacidad de relajación paramagnética de nitróxidos (en parte debido a su bajo espín de 1/2) ha impedido su aplicación generalizada como un agente de contraste de MRI. El reto en el desarrollo de nuevos agentes de contraste para MRI es el diseño y la síntesis de compuestos paramagnéticos de tamaño molecular moderado que poseen una larga vida media in vivo, de alta solubilidad en agua y de alta relaxividades de 1H. El uso de dendrímeros hace posible mejorar la solubilidad en agua mediante la adición de grupos polares de superficie y aumentar el spin total por la interacción entre ellos en la superficie del dendrímero. Los dendrímeros introducen en el sistema de los agente de contraste la posibilidad de cambiar el tamaño de la molécula, siempre y cuando usamos generaciones diferentes, proporcionando una bio-específica distribución por tamaño. De esa manera, (pequeños tamaños) compuestos de bajo peso molecular se eliminan rápidamente por los riñones. Por otro lado, las moléculas más grandes de peso molecular (grandes tamaños) presentan una baja permeabilidad a través de la pared vascular y permanecen en los vasos sanguíneos durante largo tiempo. En este sentido los dendrímeros radicales son unas moléculas versátiles que permiten controlar el tamaño final del agente de contraste para garantizar la bio-distribución deseada, el control de los tiempos de vida y de la excreción. Por lo tanto, hemos sintetizado y caracterizado una serie de dendrímeros radicales. La solubilidad en agua se probó con el propósito de estudiar su comportamiento como agentes de contraste en los medios acuosos. Sólo Gc0amidoTEMPO, PROXYLLys (GCX) OLi y PROXYL-Tyr (GCX) OLi, eran solubles en agua; por lo que la medición de las capacidades de relajación de agua se realizaron sólo para ellos. Los resultados obtenidos para los dendrímeros Tirosina mostraron un efecto dendrítico en las capacidades de relajación que abre la puerta de esta familia de compuestos como un prometedor agentes de contraste sin metal. / During the last decades many techniques for molecular structure studies have been developed. Nuclear Magnetic Spectroscopy (NMS), in particular, is an important technique that has achieved a widespread use for the identification and characterization of molecules of interest in chemistry and biochemistry. Moreover, magnetic resonance imaging (MRI) is one of the best non invasive clinical imaging methods used in medicine which takes benefit of the NMS principles. One of the main limitations of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is its intrinsic low sensitivity. NMR signal is proportional to nuclear polarization, P, which is governed by the Boltzmann distribution of nuclear spins. In order to overcome this intrinsic limitation some instrumental improvements have appeared in the last few decades as the development of cryogenically cooled probes and the availability of higher magnetic field superconducting magnets. Additionally, several methods to enhance the nuclear polarization have been also developed and are in constant expansion. Among them, the most extended ones are optical pumping, para-hydrogen induced polarization (PHIP) and dynamic nuclear polarization (DNP). All these methods are based on hyperpolarization, that is a general term that describes a system in which the distribution of populations has been disturbed to create an excess of populations in one energetic level, thus boosting the net magnetization of the system. Dynamic nuclear polarization (DNP) has emerged as one of the most general methods for nuclear hyperpolarization. DNP is a technique that requires the presence in the sample of a paramagnetic compound, a glassing agent and the analyte, the target of polarization. In this Thesis we have developed several new paramagnetic compounds based on organic persistent radicals covering from monoradicals of three different families (TEMPO, BDPA and PTM) to biradicals combining such monoradicals. In the present Thesis we have been synthesized and characterized several monoradicals of three families of compounds (PTM, BDPA and TEMPO). The possible application of three BDPA derivatives as polarizing agents has been explored. The results obtained for two of them are promising as they improve the sample preparation conditions with respect the non functionalized BDPA, reducing the time necessary to perform the DNP experiment and open the possibility to be eliminated during the transference process in order to avoid a further loss of polarization. It has recently been proposed that mixed biradicals based on trityl radicals and nitroxide radicals are potentially the best biradical candidates for attaining the maximal DNP enhancements. Under the light of these studies, we performed the synthesis and characterization of a few biradicals, not only those that joins trityl and nitroxide but other that mix carbon centered radicals of the same family or the different family too. The possible application of some of them as a polarizing agents were tested obtaining good results for a some of them. Another methodology to obtain hyperpolarized nuclei of low gyromagnetic constant is the use of Magic Angle Spinning-Dynamic Nuclear Polarization (MAS-DNP). In this technique, the hyperpolarized compound usually are the hydrogen atoms of water that transfer their polarization to low gyromagnetic nuclei by the double resonance performed by the Cross Polarization. The paramagnetic compounds that are used to polarize hydrogen nuclei in general are TEMPO biradicals. As we synthesized a monoradical of TEMPO, we performed the synthesis and characterization of three TEMPO biradicals (TEMPO=TEMPO, TEMPOesterTEMPO and TEMPOamidoTEMPO),the water enhancements tests were performed in Dr. Bodenhausen laboratory (Switzerland). The enhancements obtained indicated that the biradicals with greater couplings generates lower polarization levels and with them lower enhancement. In general, MRI is limited to systems with a large bulk magnetization, such as that provided by water in tissues. Imaging of other nuclei is possible, but challenging. These shortcomings are the result of both the gyromagnetic ratios and natural abundances of the other active nuclei. More specifically, protons have a relatively high gyromagnetic ratio compared to other nuclei. The gyromagnetic ratio controls the difference in the energy levels of the system, and the larger the energy difference, the larger the polarization is obtained because of the Boltzmann distribution. Since other nuclei such as carbon, nitrogen or phosphorus have smaller gyromagnetic ratios, they have smaller energy level differences and thus smaller net polarizations. While spectroscopic applications of nuclei other than protons using NMR are possible, imaging of the other nuclei (especially in vivo) is nearly impossible. The low sensibility of MRI of low gyromagnetic constant nuclei can be improved by hyperpolarization techniques. On the other hand, the improvements on water imaging, apart from differences in the local water content of different tissues which generates an intrinsic contrast, the basic contrast in the MR images mainly results from regional differences in the intrinsic relaxation times T1 and T2, each of which can be independently chosen to dominate image contrast. However, the intrinsic contrast provided by the water T1 and T2 and changes in their values brought about by tissue pathology are often too limited to enable a sensitive and specific diagnosis. For that reason, increasing use is made of MRI contrast agents that alter the image contrast following their administration. The degree and location of the contrast changes provide substantial diagnostic information. Certain contrast agents are predominantly used to shorten the T1 relaxation time and these are mainly based on low-molecular weight chelates of gadolinium ion Gd3+. The research in organic radical contrast agents would provide an alternative to highly toxic gadolinium-based contrast agents. However, the intrinsically low paramagnetic relaxivity of nitroxides (in part due to their low spin of 1/2) has prevented their widespread application as a MRI contrast agent. The challenge in the development of new contrast agents for MRI is the design and synthesis of paramagnetic compounds of moderate molecular size that possess long in vivo lifetimes, high water solubility and high 1H water relaxivities. The use of dendrimers makes possible to enhance water solubility by addition of surface polar groups and increase the total spin by the interaction among them on the dendrimer surface. Dendrimers introduce to the contrast agent system the possibility to change the molecule size, as long as we use different generations, providing specific size-bio distribution. In that way, low molecular weight (small sizes) compounds are quickly eliminated by kidneys. On the other hand, larger molecular weight molecules (big sizes) present low permeability through the vascular wall and remain in blood vessels for long time. In this sense radical dendrimers are a versatile molecules that allow control the final size of the contrast agent to ensure the desired bio distribution, controlling the lifetimes and excretion. Thus, we have synthesized and characterized a series of radical dendrimers. The water solubility was tested with the purpose of studying their behavior as a contrast agents in water media. Only Gc0amidoTEMPO, PROXYLLys(Gcx)OLi and PROXYL-Tyr(Gcx)OLi, were water soluble; so the measurement of the water relaxivities were performed only for them. The obtained results for tyrosine dendrimers showed a dendritic effect on the relaxivities which opens the door of this family of compounds as a promising metal-free contrast agents.

El càncer de bufeta és la patologia maligna més comuna del tracte urinari Aproximadament, el 75-85% dels pacients amb càncer de bufeta presenten malaltia confinada a la mucosa quan es diagnostiquen. A més, després de la resecció transuretral del tumor, existeix un 30-80% de casos de recurrència local i un 1-45% de casos en que el tumor progressa a estadis més agressius. Els pacients, aleshores, requereixen d’un tractament amb Mycobacterium bovis BCG per prevenir les recurrències i la progressió del tumor, a més d’un seguiment continu al llarg de la seva vida. Aquesta teràpia intravesical amb BCG viu, s’utilitza des de fa 36 anys. Per una banda, actualment es comercialitzen i s’administren diferents soques de BCG tant com a vacuna front la tuberculosi com per al tractament del càncer de bufeta superficial. Les diferents soques varien en el seu contingut antigènic. En el context de la tuberculosi, s’han realitzat diversos estudis que relacionen les diferències antigèniques existents entre les soques de BCG amb la inducció de respostes immunitàries diferents. En el cas del tractament del càncer de bufeta es desconeix si les diferents soques de BCG tenen diferent capacitat antitumoral. Per a aquest motiu, en aquest treball s’ha comparat l’activitat antitumoral directa de diferents soques de BCG en cèl·lules tumorals de bufeta. Els resultats obtinguts indiquen que d’entre totes les soques de BCG analitzades, Connaught i Russian són més eficaces que la resta. No s’ha pogut relacionar aquesta activitat antitumoral amb la presència d’un patró antigènic concret. Per una altra banda, tot i els beneficis de la immunoteràpia amb BCG pel tractament del càncer de bufeta superficial, té limitacions i ocasiona problemes que comprometen el seu ús. Aquests problemes poden arribar a ser greus presentant-se, inclús, casos de sèpsia per BCG. Degut a aquests inconvenients és necessari trobar nous agents més eficaços i segurs que BCG viu. En aquest treball s’ha trobat un micobacteri ambiental no patogen i de creixement ràpid, Mycobacterium spp., capaç de presentar una capacitat antitumoral directa similar a BCG, i inclús superior en cèl·lules tumorals de grau 1 de diferenciació. M. spp. s’ha mostrat a més capaç d’activar una resposta immune induint la producció de citocines proimflamatòries i induint l’expressió de marcadors d’activació. S’ha demostrat que les cèl·lules activades per M. spp tenen activitat citotòxica front les cèl·lules tumorals de bufeta. A més, s’ha estudiat el mecanisme mitjançant el qual exerceix aquesta activitat citostàtica directa, i s’ha mostrat la implicació dels TLR en la inducció de l’activitat citotòxica indirecta front les cèl·lules tumorals. Aquesta activitat antitumoral directa i indirecta es manté quan M. spp. és mort. Donat els resultats obtinguts en aquest treball, M. spp. es presenta com una possible alternativa a BCG en el tractament del càncer de bufeta superficial. / Bladder cancer is the most common malignant disease of the urinary tract. Approximately, between 75 and 85% of patients with bladder cancer have disease confined to the mucosa when diagnosed. In addition, after transurethral resection of the tumor, there is a 30-80% of local recurrence cases and a 1-45% of cases in which the tumor progresses to more aggressive stages. Then, patients require treatment with Mycobacterium bovis BCG in order to prevent recurrences and tumor progression. Moreover, they need a continuous supervision throughout their lives. Intravesical therapy with live BCG has been used for 36 years. On one hand, different BCG substrains, both for tuberculosis vaccination and for the treatment of superficial bladder cancer, are currently in the marked being used around the world. These substrains vary in their antigenic content. In the tuberculosis context, there are several studies that relate the antigenic differences among BCG substrains and the immune responses induced. For the treatment of bladder cancer is not known whether these different BCG substrains have different antitumor capacity. For this reason, this work has compared the direct antitumor activity of different BCG substrains in bladder cancer cells. Our results indicate that, among all the BCG substrains evaluated, Connaught and Russian are the most efficacious in inhibiting tumoral growth and to induce cytokine’s production. This antitumor ability does not match with a specific antigenic pattern. On the other hand, despite of the benefits of BCG immunotherapy in the treatment of superficial bladder cancer, it has some limitations and causes some problems in patients that compromise its use. These problems may be serious originating even cases of BCG sepsis. Because of these drawbacks it is necessary to find new more efficacious and safer agents than live BCG. In this study we have found an environmental non-pathogenic and rapidly growing mycobacterium, Mycobacterium spp., with a direct antitumor capacity similar to BCG, and even higher than BCG in grade 1 bladder cancer cells. Furthermore, M. spp. showed to be able to activate an immune response by inducing pro-inflammatory cytokine production and inducing the expression of activation markers. We showed that M. spp.-activated immune cells have cytotoxic activity against bladder tumor cells. In addition, the mechanism by which it exerts this direct cytotoxic activity and the role of TLR on M. spp.-induced cytotoxic activity against bladder cancer cells has been studied. Finally, it has been demonstrated that the direct and indirect antitumor activity remains using dead M. spp. From the results obtained in this work, M. spp. is suggested as an alternative to BCG in the treatment of superficial bladder cancer.

Les aranyes (Araneae) són un grup hiperdivers de depredadors àmpliament representat en comunitats naturals i en conreus, on s’alimenten de diferents tipus d’insectes i participen en el control biològic de plagues. Ocupen posicions intermèdies dins les xarxes tròfiques i estan implicades en interaccions intragremials amb altres depredadors. Tanmateix, la majoria d’estudis en ecologia tracten les aranyes com a un sol grup uniforme i, per tant, ignoren la gran diversitat d’interaccions interespecífiques i de connexions tròfiques en les comunitats d’artròpodes. Les xarxes tròfiques també estan influenciades per la dispersió dels individus a través del paisatge. Com que dispersar-se és costós, hom espera que els individus es basin en múltiples fonts d’informació sobre la qualitat de l’hàbitat abans de dispersar-se, però la recerca sobre la importància relativa de fonts d’informació diferents és molt escassa. Els objectius d’aquesta tesi doctoral eren, primer, estudiar les xarxes tròfiques d’artròpodes i les interaccions entre aranyes, formigues i ocells utilitzant com a sistema d’estudi un cultiu ecològic mediterrani de cítrics; segon, investigar l’efecte de la informació sobre sobre disponibilitat d’aliment i del subministrament d’aliment en la dispersió de les aranyes. Hi havia sis objectius concrets, (1) comparar l’efecte relatiu dels ocells i de les formigues en la comunitat d’aranyes; (2) comprovar l’impacte dels ocells en les aranyes diürnes i nocturnes de les capçades; (3) estudiar els efectes a llarg termini sobre la comunitat d’aranyes de les formigues que patrullen en les capçades; (4) desentrellar l’estructura de la xarxa tròfica dels artròpodes del cultiu amb anàlisis d’isòtops estables; (5) comprovar l’efecte dels indicadors de disponibilitat d’aliment en la selecció d’hàbitat i l’efecte del subministrament de preses en l’emigració de l’aranya colonial Cyrtophora citricola; i (6) contrastar la importància del subministrament de menjar a la mare i a la descendència en l’emigració a curta i a llarga distància d’Erigone dentipalpis. Durant un període de gairebé 2 anys, vam trobar que les formigues tenien un gran efecte sobre les aranyes constructores de teranyina de les famílies Araneidae and Theridiidae, mentre que no vam trobar cap efecte dels ocells. No obstant això, en un experiment d’exclusió d’ocells on vam utilitzar altres mètodes de mostreig, vam detectar una reducció dels aranèids i dels terídids causada pels ocells, la qual cosa emfasitza la importància del mostreig en el resultat dels experiments de camp en ecologia. Les dades a llarg termini també proporcionen informació essencial sobre processos ecològics: mentre que a l’inici d’un experiment de 8 anys d’exclusió de formigues, aquestes no tenien cap efecte sobre les aranyes, sí que van tenir un impacte profund sobre la comunitat d’aranyes durant els últims 4 anys: les formigues van afectar negativament l’abundància d’un ampli rang d’espècies d’aranyes independentment de la família a la qual les aranyes pertanyien. Les anàlisis d’isòtops estables van mostrar la posició tròfica de les 25 espècies més comunes d’aranyes i de les principals espècies de formigues i d’altres insectes. El nivell tròfic de les aranyes era molt més alt que el de les seves preses potencials, suggerint la prevalença de l’omnivoria i de la depredació intragremial en la xarxa tròfica. Les espècies d’aranyes de la mateixa família pertanyien a grups tròfics diferents, cosa que, juntament amb els resultats esmentats abans, mostra l’alt valor de les anàlisis a nivell d’espècie. Tant en C. citricola com en E. dentipalpis, la informació indirecta sobre la disponibilitat de menjar va tenir un paper clau en la dispersió, en contrast amb la importància limitada de la ingesta de menjar. Per tant, aquestes fonts d’informació han de ser considerades juntament amb les interaccions intragremials com a factors que influencien les poblacions d’aranyes. / Spiders (Araneae) are a hyperdiverse predator group and are widespread in both natural and arable communities, where they prey on many different types of insects and play a role in biological control. Spiders occupy intermediate positions in food webs and are involved in intraguild interactions with other predators. However, most studies treat the spider assemblage as a single uniform group, thus ignoring the sheer diversity of species interactions and trophic links within arthropod communities. Food webs are also influenced by the dispersal of individuals through the landscape. Because dispersal is costly, individuals are expected to rely on multiple sources of information about habitat quality before dispersing, although research on the relative importance of different information sources is largely lacking. The goals of this PhD thesis were first, to study arthropod food webs and the interactions between spiders, ants and birds using a Mediterranean organic citrus grove as study system; second, to investigate the effect of information about food availability and of actual food supply on spider dispersal. There were six specific objectives, namely (1) to compare the relative effect of birds and ants on the spider assemblage; (2) to test the differential impact of bird predation on diurnal and nocturnal canopy spiders; (3) to study the long-term effects of canopy-foraging ants on the spider assemblage; (4) to unravel the structure of the arthropod food web of the grove with stable isotope analyses; (5) to test the effect of cues of food availability on site-selection and of prey supply on emigration decisions of the colonial spider Cytrophora citricola; and (6) to test the importance of direct and maternal food supply on long- and short-distance emigration decisions of Erigone dentipalpis. Over an almost 2-year period, we found that ants had a strong effect on some web-building spiders of the families Araneidae and Theridiidae, whereas we did not find any effect of birds. However, in a bird exclusion experiment where we used other sampling methods, we detected a reduction of araneids and theridiids caused by birds, emphasizing the influence of sampling on the outcome of ecological field experiments. Long-term data also provided essential information about ecological processes: whereas in the beginning of an 8-year ant-exclusion experiment ants did not have any effect on spiders, they did have a pervasive impact on the spider assemblage for the last 4 years: ants negatively affected the abundance of a wide range of spider species independently of the family the spiders belonged to. Stable isotope analyses retrieved the trophic positions of the 25 most common spider species and of the main species of ants and other insects. The trophic level of spiders was much higher than that of their potential prey, suggesting a prevalence of omnivory and intraguild predation in the food web. Spider species from the same family belonged to different trophic groups, which, together with the aforementioned results, show the high value of species-level analyses. In both C. citricola and E. dentipalpis, indirect information of food availability played a key role in dispersal, in contrast to the limited importance of immediate food intake. These information sources thus need to be considered together with intraguild interactions as factors influencing spider populations.

En un món ideal, podríem ser capaços de detectar ràpidament i classificar qualsevol tipus de substància química i biològica que es trobés en baixes concentracions, utilitzant instruments petits i de fàcil ús. És en aquest escenari on va aparèixer l'espectrometria de mobilitat iònica (IMS). Es tracta d'una tècnica de mesura i anàlisi, on els analits ionitzats es separen per diferències de mobilitat sota la influència d’un camp elèctric en un flux de gas neutre o d'aire a pressió i temperatura ambient. Els avantatges de l'IMS inclouen instrumentació compacte i portàtil, un temps de separació curt (escala de mili-segons), i uns límits de detecció baixos, i permeten una àmplia gamma d'aplicacions. En aquest sentit, un esforç intens de recerca s'ha enfocat cap a la miniaturització dels dispositius d'IMS disponibles vers als micro- espectròmetres de mobilitat iònica de forma d’ona asimètrica i d’alt camp (FAIMS). En aquesta tesi es presenten els primers desenvolupaments i contribucions tecnològiques als FAIMS en el IMB-CNM (CSIC). En particular, aquest treball està dedicat a la simulació, disseny, i fabricació d'un micro FAIMS planar (p-FAIMS) per a aplicacions de seguretat. El treball s'organitza en cinc capítols dividits en dues seccions. La primera secció consta de tres capítols. El primer capítol és introductori i en el segon capítol s'introdueix al lector en l'actual estat de la tècnica de l'espectrometria de mobilitat iònica en general i en particular per als micro- espectròmetres de mobilitat iònica de forma d’ona asimètrica i d’alt camp. El tercer capítol descriu el modelatge d'un tipus de FAIMS planar per a diferents camps elèctrics i condicions de flux. La segona part consta de dos capítols. El quart capítol presenta un resum dels diferents dissenys i materials considerats per a la implementació del p-FAIMS: estructures Vidre-Si-Vidre i PCB-PMMA-PCB, les tasques tecnològiques fetes per cada un i les estratègies de solució que hi han conduit. La fotoionització UV ha estat l'escollida com a mètode de ionització en tots els casos per raons de seguretat. També es presenta la caracterització amb toluè del nou prototip de p-FAIMS de baix cost fabricat a l'IMB-CNM. El cinquè capítol es presenta un resum de l'estudi de la viabilitat del monitoratge d'un fàrmac analgèsic (remifentanil) en l’alè de pacients sota anestèsia. Un espectròmetre de mobilitat iònica comercial s'utilitza per a aquesta aplicació mèdica en col·laboració amb el KIST-Europe i la Chirurgische Universitätsklinik d'Homburg (Alemanya). / In an ideal world, we might be able to rapidly detect and classify any type of chemical and biological that is found in low concentrations, using instruments of small size and easy implementation. Is in that scenario where the Ion mobility spectrometry (IMS) appeared. It is a technique of measurement and analysis, where ionized analytes are separated by mobility differences under electric field in a flow of neutral gas or air at ambient pressure and temperature. The advantages of IMS include compactness and portability of instrumentation, short separation time (milliseconds scale), and low detection limits, and allow a wide range of applications. In this sense, an intense research effort has been focused towards miniaturization from the available IMS’s devices to the micro high-Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometers (FAIMS). This thesis presents the first developments and technological contributions to the FAIMS at IMB-CNM (CSIC). Particularly, this work is dedicated to the simulation, design, and fabrication of a micro planar FAIMS (p-FAIMS) for security applications. The work is organized in five chapters divided in two sections. The first section consists of three chapters. Chapter one is introductory, and on Chapter two introduces the lector to the actual state-of-the-art of the Ion Mobility Spectrometry in general and in particular for the micro high-Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometry. Chapter three described the modeling of a planar type of FAIMS for different electric fields and flow conditions. The second section consists of two chapters. Chapter four provides a summary of the different designs and materials considered for the p-FAIMS implementation: Glass-Si-Glass and PCB-PMMA-PCB structures; the technological tasks done for each one and the solving strategies that have leaded to it. UV photoionization has been the chosen as ionization method for safety reasons in all cases. It also presents the characterization with toluene of the new low-cost p-FAIMS prototype fabricated in the IMB-CNM. Chapter five provides a summary of the feasibility study of an online-monitoring of an analgesic drug (remifentanil) in patients breath under anesthesia. A commercial Ion Mobility Spectrometer is used for this medical application in collaboration with the KIST-Europe and the Chirurgische Universitätsklinik from Homburg (Germany).

La història evolutiva dels insectes és llarga i complexa. Inferir les relacions evolutives dels insectes, amb la seva fascinant diversitat, és encara avui un gran repte, fins i tot amb les recents aportacions teòriques i tecnològiques. Aquesta tesi tracta de resoldre un seguit d’exigents qüestions relacionades amb l’evolució dels insectes, tot mitjançant mètodes d’inferència filogenètica. Donat l’ample ventall de divergències en que la reconstrucció d’arbres filogenètics es pot dur a terme, s’adrecen sis casos d’estudi a diferents nivells taxonòmics, cobrint un ampli espectre de divergències filogenètiques. A nivells taxonòmics profunds, s’estudia l’aplicabilitat d’utilitzar genomes mitocondrials complets com a marcadors filogenètics per a resoldre relacions entre ordres d’insectes. Es demostra que certs biaixos sistemàtics es poden eliminar substancialment si s’utilitza una metodologia adient, per així finalment obtenir filogènies en acord amb les hipòtesis més acceptades que es deriven de dades morfològiques i nuclears. A divergències intermitges, es realitza una revisió taxonòmica del grup de les papallones blaves Polyommatus mitjançant la reconstrucció d’una filogènia sòlida. Mitjançant l’establiment d’un marc temporal flexible que pugui incorporar incertesa filogenètica així com les actuals delineacions taxonòmiques, es defineixen un seguit de criteris pràctics per tal de consolidar la sistemàtica dels gèneres d’aquest grup de papallones d’enorme complexitat. Quant a divergències recents entre taxons estretament relacionats, s’exploren questions sobre límits entre espècies. En primer lloc, s’avalua el model GMYC per a delimitació d’espècies basant-se en arbres d’un sol locus, tot fent servir una exhaustiva matriu de dades de lepidòpters amb informació taxonòmica creïble. Els resultats mostren que aquest mètode per estudiar massivament la biodiversitat és capaç d’identificar entre un 80% i un 90% d’espècies correctament, i que és força estable sota una gran diversitat de circumstàncies com ara una elevada presència de llinatges únics, un ampli nivell taxonòmic o amb la presència de buits en una cobertura de mostratge intraespecífic. Seguidament, s’estudia l’estatus d’una possible nova espècie de formiga del gènere Lasius provinent de les cotes altes de l’illa de Mallorca. L’evidència morfològica, molecular i ecològica explorada confirma l’estatus d’espècie i així es descriu la primera formiga endèmica de les Illes Balears. Donada l’isolament altitudinal, l’extremadament baixa diversitat intraespecífica, rang de distribució i densitat de nius que es documenten, fan que la predicció mitjançant models climàtics per a condicions futures suggereixi una alta probabilitat d’extinció a curt termini per a Lasius balearicus sp. nov. Finalment, s’adrecen qüestions sobre límits entre espècies dins de dos llinatges relacionats de les papallones Polyommatina, les quals presenten fascinants diferències en el nombre cromosòmic, així com radiacions ràpides d’espècies, dos fenòmens molt probablement relacionats. Dins d’Agrodiaetus, s’avalua una tendència a la divisió de taxa en múltiples espècies tot contrastant dades genètiques i cromosòmiques per a espècies europees amb distribucions extremadament puntuals. Així, es realitza una reorganització taxonòmica i una avaluació sobre les necessitats de conservació. Dins de Lysandra, un gènere en què la morfologia és poc útil, s’obtenen relacions filogenètiques incertes donada una segregació incompleta de llinatges així com per freqüents casos d’hibridació. La inestabilitat cromosòmica s’hauria originat com a mínim en tres ocasions i en alguns casos s’observa fins i tot dins una mateixa espècie. Basant-se en l’evidència filogenètica i noves dades de cariotips, es proposa una reorganització que reconeix deu espècies dins del gènere. / Insects have had a complex and long evolutionary history. Mapping the evolutionary relationships of insects, with their stunning diversity, remains a challenge, even in light of new theory and technology. This thesis aims to face a variety of challenging questions on systematics and evolution of the insects, methodologically conducted by phylogenetic inference. Given the enormous range of divergences at which tree reconstruction can be done, six study cases are addressed at different taxonomic levels, covering a wide spectrum of phylogenetic divergence. At deep taxon levels, the feasibility of using complete mitochondrial genomes as phylogenetic markers to resolve inter-ordinal relationships of insects is studied. It is shown that systematic biases can be substantially avoided by using the proper methodology, to finally reconcile mitochondrial phylogenies with the most generally accepted hypotheses bases on morphological and nuclear data. At intermediate divergences, a taxonomic revision of the Polyommatus butterflies is performed, based on constructing a reliable phylogenetic framework. Establishing a flexible temporal threshold to accommodate phylogenetic uncertainty and current taxonomic delineations, helps to set practical criteria to consolidate the generic systematics of such a complex group of butterflies. At recent divergences among closely related taxa, limits among species are explored. First, the GMYC model for species delimitation based on single-locus trees is evaluated for a comprehensive dataset of butterfly fauna with credible taxonomic information. It is found that this method for assessing large-scale biodiversity surveys successfully identify a range between 80% and 90% of species, being remarkably stable under a wide array of circumstances including high singleton presence, taxon level and presence of gaps in intraspecific sampling coverage. Next, a potential new species of ant of the genus Lasius from Mallorca island high elevations is studied. All morphological, molecular and ecological evidence gathered confirm a specific status for the new taxon and thus the first endemic ant from the Balearic Islands is described. Given the altitudinal isolation, the extremely low intraspecific diversity, total range and nest densities documented, an assessment using climatic models for future conditions suggest a high probability of short-term extinction for Lasius balearicus sp. nov. Finally, species limits are assessed within two related lineages of Polyommatina butterflies displaying intriguing differences on chromosome numbers and fast species radiations, two phenomena most likely related. Within Agrodiaetus, taxonomic oversplitting is evaluated by contrasting chromosomal and genetic evidence for species with dot-like distributions in Europe. A taxonomic reorganization and evaluation of conservation efforts are conducted. Within Lysandra, a genus with difficult morphological diagnosability, uncertain phylogenetic relationships are found due to mixed incomplete lineage sorting and frequent hybridization. Chromosomal instability might have originated at least on three occasions, and variability in this character can be found even within the same species. Based on phylogenetic evidence and new karyotypic data, it is proposed a rearrangement recognizing ten species within the genus.

En esta tesis hemos considerado varios sistemas físicos en los que las correlaciones, tanto las intrínsecas como las creadas específicamente, juegan un papel crucial. En particular, hemos demostrado que es posible generar, manipular y detectar entrelazamiento multipartito entre sistemas atómicos distantes mediante un esquema geométrico novedoso. utilizando un interfaz cuántico de luz-materia basado en el efecto Faraday. En segundo lugar, hemos analizado el entrelazamiento cuántico de subsistemas tripartitos de redes de espín. Hemos analizado partículas de espín 1/2 y aplicando los criterios de necesidad y suficiencia de separabilidad para sistemas de tres-qubit invariantes bajo rotaciones hemos verificado la presencia de entrelazamiento tripartito en estados fundamentales y térmicos para los Hamiltonianos de Heisenber y XXZ. Finalmente hemos estudiado las propiedades de un sistema de bosones en presencia de desorden creado por impurezas aleatorias, contribuyendo al entendimiento de la relación entre la localización causada por el desorden y el efecto contrarrestante de interacciones repulsivas. Debido a la relativa simplicidad del potencial que modela el desorden hemos podido realizar estimaciones analíticas, e.g. evaluar la aplicabilidad de la aproximación multi-orbital de Hartree-Fock para describir el sistema. En esta tesis, también he considerado la caracterización de correlaciones utilizadas como recursos para tareas de información cuántica. Hemos estudiado tareas (desigualdades de Bell) para las cuales los recursos clásicos y cuánticos resultan equivalentes, y únicamente las correlaciones "non-signaling" proporcionan una eficiencia mejor. Como resultado hemos presentado un método sistemático para la construcción de estas tareas, mostrando que poseen una relación inesperada cons las llamadas "Unextendible Product Bases". / In the thesis we have considered several physical systems in which correlations, either intrinsically present or specially engineered, play a crucial role. In particular, we have shown how the application of what we call the geometric set-up for the QND-Faraday atom-light interface facilitates generation, manipulation and detection of multipartite entanglement between atomic ensembles. Second, we have analysed the separability properties of tripartite subsystems of spin networks. We have concentrated on spin-1/2 particles and applying the necessary and sufficient separability criteria for rotationally invariant three-qubit systems we verified the presence of tripartite entanglement in ground and thermal states of Heisenberg and XXZ Hamiltonians. Finally, we have studied the properties of the system of bosons in the presence of random-impurities disorder, contributing to the understanding of the interplay between the localization caused by disorder and the counteractive effect of repulsive interactions. Due to the simplicity of the disordered potential we were able to provide several analytical estimates, e.g., assess the applicability of the simple multi-orbital Hartree-Fock description of the system. n this thesis, I have as well consider the problem of characterization of correlations as a resource for quantum information. We have studied tasks (Bell inequalities) for which quantum and classical resources work equally well, and only more general non-signalling correlations enable one to perform them more efficiently. We have provided a systematic method for construction of such tasks, showing an intriguing connection to Unextendible Product Bases.

El model estandar (ME) és actualment el marc teòric més complet que descriu la física de les partícules elementals. En ell s'hi descriuen les partícules de matèria (fermions) i les seves interaccions (bosons). Fins ara no s'ha trobat cap desviació significativa entre l'experiment i les prediccions del model. Així i tot, el ME no pot ser la teoria final que descriu la física de partícules perquè pateix dificultats teòriques importants a més altes energies. Una de les possibles extensions del ME amb més acceptació és la Supersimetria (SUSY) que relaciona masses i acoblaments entre bosons i fermions. D'aquesta forma, per cada bosó existent al ME ha d'existir una "super-parella" fermiònica i a l'inrevés. A més, una altra simetria anomenada "paritat R" s'hi acostuma a introduir per tal d'evitar la violació del nombre bariònic i leptònic. Si això és així, aquestes noves partícules, que apareixerien a l'escala energètica dels TeV, s'haurien de formar per parelles i no podrien desintegrar-se completament en partícules del ME. Això implica l'existència d'una partícula supersimètrica que sigui la més lleugera de totes (LSP), la qual serà estable i un candidat a explicar la presència de matèria fosca freda a l'univers.Precisament l'escala energètica dels TeV és el rang d'energies accessible per al col·lisionador protó-antiprotó Tevatron (Fermilab). Tevatron i els seus dos experiments, els detectors CDF i D0 van ser preparats per l'anomenat "Run II" en el que les col·lisions se succeeixen cada 396 ns amb un centre de masses d'1.96 TeV. Degut a què les noves partícules són molt massives, es desintegren en cascades amb múltiples raigs de partícules (jets) d'alt moment transversal. Quan la paritat R es conserva, dos LSP són produïts que escapen del detector deixant un important desequilibri en el balanç energètic del succés.Aquesta tesi tracta de la recerca de les super-parelles dels quarks (squarks) i gluons (gluinos) en múltiples jets i energia transversa mancant, amb les dades recollides amb el detector CDF durant gran part del Run II (371 pb-1 de lluminositat). Per aquest motiu, s'ha dut a terme un estudi curós de les condicions del feix i dels diferents processos del ME que tenen estats finals similars al senyal. Diferents talls per reduir la seva presència tot potenciant el possible senyal s'han estudiat i optimitzat. També s'han considerat les diferents fonts d'errors experimentals i teòrics per tal de fer una bona caracterització de les dades.Observant les dades, no s'ha trobat cap desviació significativa de les prediccions del ME. Degut a aquests resultats, s'han posat límits inferiors a la massa squarks i gluinos (menor de 387 GeV/c2) en un determinat escenari del model teòric anomenat mSUGRA. Aquest estudi és pioner al Run II de CDF i els resultats presenten millores significatives respecte a anteriors límits. En aquest sentit, el present treball constitueix la base i serà la referència per a futures extensions amb més dades.