La present tesi doctoral queda emmarcada dins el Programa de Doctorat per a Amèrica Llatina del'IQS i la Càtedra UNESCO de la Universitat Ramon Llull, el qual té com a objectiu la formació de recursos humans d'alt nivell en les universitats d'Amèrica Llatina. Aquesta recerca ha estat possible gràcies a la formulació i execució dels següents projectes:- "Determinació de la contaminació per plaguicides en aigua, sòl, sediments i llagostins en els cantons Salinas del Potrero i Sisiguayo de la badia de Jiquilisco", finançat pel fons FIAES (abril 2007 a desembre 2008).- "Factors que afecten al creixement de les espècies marines a la badia de Jiquilisco", finançat per l'Agència Catalana de Cooperació al Desenvolupament (ACCD), (gener 2009 a maig 2010).- "Avaluació de l'impacte de les aigües residuals provinents de la producció de llagostí sobre les característiques físico-químiques de l'aigua de la badia de Jiquilisco", finançat pel fons FIAES (gener 2009 a març 2010).La recerca es troba emplaçada a la badia de Jiquilisco, un element hidrogràfic de gran importància per a El Salvador i classificat com a àrea natural protegida del país. A la badia es concentra l'activitat de conreu del llagostí marí o gambeta de l'espècie Penaeus vannamei. Aquesta activitat està a càrrec de cooperatives de camperols que van poblar la zona desprès d'ésser desmobilitzats al 1992 al finalitzar la guerra civil que va viure el país durant 12 anys. Aquesta activitat representa per a aquests pobladors el seu principal mitjà de subsistència.A vàries cooperatives s'hi van detectar al llarg dels anys d'explotació problemes tant en el creixement del llagostí com en el rendiment econòmic de les collites. En un estudi preliminar, es va determinar que les causes del lent creixement del llagostí són degudes a problemes de contaminació, de funcionament dels estanys de conreu i de malalties, que es van deixar fora de la present recerca, per no pertànyer al camp de l'especialitat d'aquesta. Per indagar sobre les possibles causes del lent creixement dels llagostins, es va realitzar un estudi dels nivells de contaminació de certs plaguicides organoclorats i organofosforats ja que aquests s'havien emprat en gran mesura durant els anys 60 i 70 quan la zona concentrava el conreu nacional de cotó i que, a més, havien estat emprats per a eradicar la malària, mal endèmic en la zona. Degut a l'absència tant de registres sobre la qualitat de l'aigua dels estanys com d'una sistematització de les pràctiques d'ús que cada cooperativa desenvolupava en el seu sistema de producció, es van analitzar durant un any les collites de 7 estanys de conreu de llagostí. Es van mesurar i documentar les característiques fisicoquímiques i alguns paràmetres de qualitat de l'aigua que podrien influir en el creixement d'aquesta espècie. Així, es van avaluar tots els passos involucrats en el conreu, comparant-los amb els passos teòrics o aconsellats pels experts. S'han detectat grans potencials de millora en els temes d'alimentació, densitats de sembra, control dels depredadors a l'estany i la cura dels sòls entre d'altres.D'altra banda, com cap dels estanys disposa de aireació artificial es va considerar important l'estudi del moviment de l'aigua dins d'aquests. Per aquesta raó es va realitzar una simulació de la fluidodinàmica per avaluar si la seva mida i geometria no estaven influint negativament en la qualitat de l'aigua i per tant en el desenvolupament dels llagostins. A més, es va analitzar també la seva orientació respecte a la direcció predominant del vent per avaluar l'efectivitat que pot presentar aquesta ventilació i agitació natural.També es va dur a terme una anàlisi econòmica de les collites, amb la qual es va posar en evidència que el baix rendiment econòmic d'aquestes no estava associat únicament al baix pes dels llagostins, sinó també a problemes de comercialització, negociació de preus de venda i a la durada de les collites.L'activitat productiva de les cooperatives es desenvolupa dins un àrea natural protegida i la utilització de les terres requereix l'autorització formal del Ministeri de Medi Ambient. Aquestes autoritzacions estan condicionades a que l'activitat sigui sostenible i no deteriori l'ecosistema. El Ministeri exerceix pressió per aconseguir aquest objectiu sense disposar d'estudis previs de caracterització de les aigües residuals que demostrin el potencial contaminant de l'activitat. Per aquesta raó un altre objectiu de la present tesi doctoral va ésser caracteritzar les descàrregues dels estanys de conreu així com el seu impacte sobre les característiques de la badia de Jiquilisco.Per acabar, en la present tesi doctoral, s'han desenvolupat eines adaptades a les condicions socioeconòmiques de les cooperatives, per contribuir així a millorar significativament la seva producció i en conseqüència el nivell de vida dels seus socis. / La presente tesis doctoral se enmarca dentro del Programa de Doctorado para América Latina del IQS y la Cátedra UNESCO de la Universidad Ramon Llull, el cual tiene como objetivo la formación de recursos humanos de alto nivel en las universidades de América Latina. Esta investigación ha sido posible gracias a la formulación y ejecución de los siguientes proyectos:- "Determinación de la contaminación por plaguicidas en agua, suelo, sedimentos y camarones en los cantones Salinas del Potrero y Sisiguayo de la bahía de Jiquilisco", financiado por el fondo FIAES (abril 2007 a diciembre 2008).- "Factores que afectan el crecimiento de las especies marinas en la bahía de Jiquilisco", financiado por la Agencia Catalana de Cooperación al Desarrollo (ACCD) (enero 2009 a mayo 2010).- "Evaluación del impacto de las aguas residuales provenientes de la producción de camarón sobre las características físico químicas del agua de la bahía de Jiquilisco", financiado por el fondo FIAES (enero 2009 a marzo2010).La investigación se sitúa en la bahía de Jiquilisco, elemento hidrográfico de gran importancia para El Salvador y clasificado como área natural protegida del país. En la bahía se concentra la actividad de cultivo del camarón marino de la especie Penaeus vannamei. Dicha actividad está a cargo de cooperativas de campesinos que poblaron la zona luego de ser desmovilizados en 1992 al finalizar la guerra civil que vivió el país durante 12 años. Esta actividad representa para estos pobladores su principal medio de subsistencia.En varias cooperativas se detectaron a lo largo de los años de explotación tanto problemas en el crecimiento del camarón como en el rendimiento económico de las cosechas. En un estudio preliminar, se determinó que las causas del lento crecimiento del camarón son debidas a problemas de contaminación, de manejo de los estanques de cultivo y enfermedades, que se dejaron fuera de la presente tesis doctoral, por no pertenecer al campo de especialidad de la misma.Para indagar sobre las posibles causas del lento crecimiento de los camarones se realizó un estudio de los niveles de contaminación de ciertos plaguicidas organoclorados y organofosforados porque éstos se habían utilizado en gran medida durante los años 60 y 70 cuando esa zona concentraba el cultivo nacional del algodón y que además habían sido utilizados para erradicar la malaria, mal endémico en la zona.Debido a la ausencia, tanto de registros sobre la calidad del agua de los estanques como de una sistematización de las prácticas de manejo que cada cooperativa desarrollaba en su sistema de producción; se analizaron durante un año las cosechas de 7 estanques de cultivo de camarón. Se midieron y documentaron las características fisicoquímicas y algunos parámetros de la calidad del agua que podrían influir el crecimiento de dicha especie. Así mismo se evaluaron todos los pasos involucrados en el cultivo, comparándolos con los pasos teóricos o aconsejados por los expertos. Se han detectado grandes potenciales de mejora en los temas de alimentación, densidades de siembra, control de los depredadores en el estanque y manejo de suelos entre otros.Por otro lado como ninguno de los estanques posee aireación artificial se creyó importante el estudio del movimiento del agua dentro de los mismos. Por esta razón se realizó una simulación de la fluidodinámica de los estanques para evaluar si su tamaño y geometría no estaban influyendo negativamente en la calidad del agua y por ende en el desarrollo de los camarones. Además se analizó también su orientación con respecto a la dirección predominante del viento para evaluar que tan efectiva puede ser esta aireación y agitación natural en los mismos.Se llevó también a cabo un análisis económico de las cosechas, con el cual, se puso en evidencia que el bajo rendimiento económico de las mismas no estaba asociado únicamente al escaso peso de los camarones, sino también a problemas de comercialización, negociación de precios de venta y al tiempo de duración de las cosechas.La actividad productiva de las cooperativas se desarrolla dentro un área natural protegida y la utilización de esas tierras requiere de la autorización formal del Ministerio del Medio Ambiente. Dichas autorizaciones están condicionadas a que la actividad sea sostenible y no deteriore el ecosistema. El Ministerio ejerce presión para lograr este objetivo sin tener estudios previos de caracterización de las aguas residuales que demuestren el potencial contaminante de dicha actividad. Por esa razón otro objetivo de la presente tesis doctoral fue caracterizar las descargas de los estanques de cultivo así como su impacto sobre las características de la bahía de Jiquilisco.Por último, en la presente tesis doctoral, se han desarrollado herramientas adaptadas a las condiciones socioeconómicas de las cooperativas, para así contribuir a mejorar significativamente su producción y en consecuencia el nivel de vida de sus socios. / This thesis is part of the PhD Program for Latin America of IQS and the UNESCO Chair at the University Ramon Llull, whose objective is to train high-level human resources in Latin American universities. This research was made possible through the development and implementation of the following projects:- "Determination of pesticide contamination in water, soil, sediment and shrimp in the Salinas del Potrero village and the Sisiguayo village at the Jiquilisco Bay", financed with funds from FIAES (April 2007 to December 2008). - "Factors Affecting growth of marine species in the Bay of Jiquilisco", financed with funs from the Catalan Agency of Cooperation to Development (ACCD) (January 2009 to May 2010). - "Assessing the impact of wastewater from shrimp production on the physicochemical characteristics of the water at the Jiquilisco Bay", financed with funds from FIAES (January 2009 to marzo2010).The investigation was conducted in the Bay of Jiquilisco which is a hydrographic site of great importance to El Salvador and it is classified as a protected area of the country. Farming marine shrimp of the Penaeus vannamei species is a major economic activity in the area. This activity is carried out by cooperatives of farmers who populated the area after being demobilized in 1992, by the end of the civil war that the country went through during 12 years. This is the most important economical activity for the people in this area.In several cooperatives they observed, over the years of exploitation, some problems in shrimp growth and economic performance of its production. In a preliminary study, we determined that the causes of slow growth of shrimp are due to problems of pollution, management of ponds and diseases. This last reason was not included in this thesis because it is not part of its field of study.To investigate the possible causes of slow growth of shrimp, a study of pollution levels of certain organochlorine and organophosphate pesticides was conducted due to the fact that they were heavily used during the 60's and 70's when this area concentrated the nation's production of cotton and had also been used to eradicate malaria, an endemic disease in the area.Due to the absence of records on the quality of pond water and in the systematization of the management practices developed in each cooperative production system, the production of 7 ponds of shrimp was analyzed over a year. The physical and chemical characteristics were measured and documented, as well as some parameters of the quality of water that could influence the growth of this species. In addition, the steps involved in the production were also analyzed, comparing them with the theoretical steps recommended by the expert advisors. A significant potential for improvement in feeding strategies, stocking densities, control of predators in the pond and soil management was identified, among others.On the other hand, as none of the ponds has artificial aeration, a study of the movement of water within them was considered important. For this reason, a simulation of fluid dynamics was carried out in order to assess whether their size and geometry were not impairing water quality and therefore affecting the development of the shrimp. In addition, it was also analyzed its orientation with respect to the prevailing wind direction to evaluate how effective natural aeration and agitation can be.An economical analysis of the harvests was also conducted. With the results it became apparent that its poor economic performance was not only associated with the low weight of shrimp, but also to marketing problems, the negotiations of sale prices and the duration of the harvest.The cooperative productive activity takes place within a protected area and the use of these lands requires the formal approval of the Ministry of Environment. These authorizations are conditional upon the activity being sustainable and not detrimental to the ecosystem. The Ministry forces them to achieve this target without previous studies of characterization of sewage pollution that demonstrate the contamination potential of this activity. For this reason, another objective of this thesis was to characterize the discharges from ponds and their impact on the characteristics of the Jiquilisco Bay.Finally, throughout this thesis it has been developed tools adapted to the socioeconomic conditions of the cooperative, thus contributing significantly to improve their production and consequently the living standards of those involved.

La sida és una malaltia causada pel VIH, que ataca a les cèl·lules del sistema immunitari. Actualment s'estima que viuen uns 33 milions de persones infectades per aquest virus. La teràpia antiretroviral actual consisteix en combinacions de dues famílies de compostos: inhibidors de la transcriptasa inversa i inhibidors de la proteasa, ambdós dirigits a enzims específics produïts pel VIH. Una de les principals dificultats en el tractament antiretroviral és la ràpida evolució del virus, que li permet fer-se resistent als fàrmacs que s'utilitzen. Per tant, hi ha una necessitat contínua d'utilitzar nous fàrmacs anti­VIH en combinació amb els actuals, i haurien d'actuar preferentment en noves dianes del cicle de replicació del VIH. El descobriment dels cofactors cel·lulars implicats en l'entrada del VIH i una millor comprensió de les proteïnes de l'envolta que controlen el procés de fusió han renovat l'interès en les primeres etapes de la replicació del VIH com a dianes per a una intervenció terapèutica. L'entrada del VIH consta de 4 etapes interrelacionades: la unió del virus a la superfície cel·lular, la unió del virus al receptor CD4, la interacció del complex CD4-glicoproteïna de l'envolta amb el coreceptors d'entrada i la fusió virus-cèl·lula. Els principals coreceptors utilitzats pel VIH per a la seva entrada a la cèl·lula són els receptors de quimiocines CCR5 i CXCR4. En aquest àmbit s'han aprovat recentment dos nous fàrmacs, Fuzeon® (Hoffman-La Roche i Trimeris), que inhibeix la fusió del virus amb la cèl·lula, i Selzentry® (Pfizer), que és un antagonista de CCR5. S'han identificat agents que bloquegen CXCR4, entre els que destaca AMD3100. Tot i això, el seu desenvolupament s'ha abandonat per una toxicitat cardíaca i falta de biodisponibilitat oral, ambdues relacionades amb la seva elevada càrrega positiva a pH fisiològic. Per tant, es necessita disposar de nous inhibidors de la unió del VIH al coreceptor CXCR4 que solucionin aquests desavantatges. L'interès d'aquesta tesi és dissenyar una quimioteca combinatòria d'anàlegs al AMD3100 amb menor basicitat, que incorporin a la seva estructura les principals característiques d'aquest compost, un linker p-fenilenbismetilènic i sistemes heterocíclics. A partir de l'estructura dels compostos de la quimioteca dissenyada es desenvolupen i validen les rutes sintètiques necessàries per a la seva obtenció. A més, s'apliquen tècniques computacionals de selecció de diversitat per a explorar l'espai químic representat pels compostos de la quimioteca. A partir de les molècules actives identificades en aquest procés i inhibidors coneguts del coreceptor CXCR4 es desenvolupen models QSAR i farmacofòrics. Aquests models s'utilitzen per a realitzar un cribatge virtual de la resta de compostos de la quimioteca dissenyada i augmentar la probabilitat de seleccionar nous compostos amb activitat antiviral. Mitjançant aquest procediment s'han identificat nous inhibidors de CXCR4, un d'ells amb elevada activitat anti-VIH. A més, aquest compost només presenta quatre àtoms de nitrogen a la seva estructura, enfront dels vuit de l'AMD3100. / El sida es una enfermedad causada por el VIH, que ataca a las células del sistema inmunitario. Actualmente se estima que viven unos 33 millones de personas infectadas por este virus. La terapia antirretroviral actual consiste en combinaciones de dos familias de compuestos: los inhibidores de la transcriptasa inversa y los inhibidores de la proteasa, ambos dirigidos a enzimas específicos producidos por el VIH. Sin embargo, una de las principales dificultades en el tratamiento antirretroviral es la rápida evolución del virus, que le permite hacerse resistente a los fármacos utilizados. Por lo tanto, hay una continua necesidad de usar nuevos fármacos anti-VIH en combinación con los actuales, que deberían actuar preferentemente en nuevas dianas del ciclo de replicación del VIH. El descubrimiento de los cofactores celulares implicados en la entrada del VIH y una mejor comprensión de las proteínas de la envoltura que controlan el proceso de fusión han renovado el interés en las primeras etapas de la replicación del VIH como dianas para una intervención terapéutica. La entrada del VIH consta de 4 etapas interrelacionadas: la unión del virus a la superficie celular, la unión del virus al receptor CD4, la interacción del complejo CD4­glicoproteína de la envoltura con los correceptores de entrada y la fusión virus-célula. Los principales correceptores utilizados por el VIH para su entrada en la célula son los receptores de quimiocinas CCR5 y CXCR4. En este ámbito se han aprobado recientemente dos nuevos fármacos, Fuzeon® (Hoffman-La Roche y Trimeris), que inhibe la fusión del virus con la célula, y Selzentry® (Pfizer), que es un antagonista de CCR5. Se han identificado agentes que bloquean CXCR4, entre los que destaca AMD3100. Sin embargo, su desarrollo se ha abandonado por una toxicidad cardiaca y falta de biodisponibilidad oral, ambas relacionadas con su elevada carga positiva a pH fisiológico. Por lo tanto se necesita disponer de nuevos inhibidores de la unión del VIH al receptor CXCR4 que solventen estas desventajas. El interés de la presente tesis es diseñar una quimioteca combinatoria de análogos al AMD3100 con menor basicidad, que incorporen en su estructura las principales características de este compuesto, un linker p­fenilenbismetilénico y sistemas heterocíclicos. A partir de la estructura de los compuestos de la quimioteca diseñada, se desarrollan y validan las rutas sintéticas necesarias para su obtención. Además, se aplican técnicas computacionales de selección de diversidad para explorar el espacio químico representado por los compuestos de la quimioteca. A partir de los compuestos activos identificados en este proceso e inhibidores conocidos del correceptor CXCR4 se desarrollan modelos QSAR y farmacofóricos. Estos modelos se utilizan para realizar un cribado virtual del resto de compuestos de la quimioteca diseñada y aumentar así la probabilidad de seleccionar nuevos compuestos con actividad antiviral. Mediante este procedimiento, se han identificado nuevos inhibidores de CXCR4, uno de ellos con elevada actividad anti-VIH. Además, este compuesto sólo presenta cuatro átomos de nitrógeno en su estructura frente a los ocho del AMD3100. / AIDS is a disease of the immune system caused by the human immunodeficiency virus (HIV). Today, about 33 million people live with this virus. Current antiretroviral therapies consist of combinations of two compound families: reverse transcriptase inhibitors and protease inhibitors, both directed to specific enzymes produced by the HIV. One of the major drawbacks in this antiretroviral treatment is drug resistance, produced by the rapid evolution of the virus. Hence there is a need to develop new anti-HIV drugs which should preferably act on new stages in HIV's life cycle. The discovery of cellular cofactors involved in the entry of HIV to host cells and a better comprehension of envelope proteins controlling the fusion process have renewed the interest in early steps of HIV replication as targets for therapeutic intervention. HIV entry to the cell can be dissected into 4 interrelated steps: virus attachment to the cell surface, virus binding to the CD4 receptor, interaction of the CD4-envelope glycoprotein complex with entry coreceptors and virus-cell fusion. The main HIV entry coreceptors are chemokine receptors CCR5 and CXCR4. In this context, two new drugs have recently been approved, Fuzeon® (Hoffman-La Roche and Trimeris), that blocks fusion of HIV with the cell, and Selzentry® (Pfizer), a CCR5 antagonist. Agents that block CXCR4 have also been identified, with AMD3100 as lead compound. However, the development of this compound has been discontinued due to cardiac toxicity and lack of oral bioavailability related to its high positive charge at physiological pH. Therefore, there is a need to develop new CXCR4 coreceptor inhibitors that will solve these limitations. The aim of this thesis is the design of a combinatorial library of AMD3100 analogues with lower basicity while preserving the main structural features of AMD3100, a p­phenylenic linker and heterocyclic systems. Synthetic routes for these compounds have been developed and validated. Moreover, computational diversity selection techniques have been applied to explore the chemical space represented by the library. Active compounds identified by this process and known CXCR4 inhibitors have been used in QSAR and pharmacophore modelling. Then, virtual screening of the rest of compounds in the library with these models has been applied to increase the probability of selecting new active compounds. This has led to the identification of new CXCR4 inhibitors, one of them showing high anti-HIV activity. Furthermore, the structure of this compound only includes four nitrogen atoms, in contrast to the eight in AMD3100.

El virus de la immunodeficiència humana de tipus 1 (VIH-1) és l'agent que provoca la síndrome de la immunodeficiència adquirida (SIDA). Una malaltia, que va ser descoberta al principi del 80, que pateixen avui en dia entre 31.1 i 35.8 milions d'individus arreu del món i que causa 2.7 milions de nous infectats cada any. Per tot això, i pels gairebé tres milions de morts que provoca cada any de mitjana aquesta malaltia, es considera important intentar bloquejar el virus (VIH-1), un paràsit que utilitza la maquinària metabòlica de la cèl·lula per replicar-se. Actualment, el tractament més comú és el TARGA (tractament antiretroviral de gran activitat), que consisteix en la combinació d'inhibidors de la transcriptasa inversa i de la proteasa, dos enzims vírics necessaris perquè es produeixi la replicació del virus. La principal problemàtica que presenta un virus d'aquestes característiques és la gran quantitat de mutacions que pot patir i, en conseqüència, la resistència que adquireix front als fàrmacs administrats. Per això és de vital importància trobar noves molècules que puguin no només suplir-ne d'altres front a aquest problema sinó que puguin interaccionar sobre noves dianes terapèutiques. No va ser fins al segle XXI que van ser aprovats fàrmacs per altres dianes terapèutiques que no fossin la transcriptasa inversa o la proteasa. Destacant-ne Fuzeon® com a inhibidor de fusió entre les membranes del VIH i la cèl·lula hoste i Selzentry® com a inhibidor de CCR5, un dels dos coreceptors d'entrada que pot emprar el virus per infectar la cèl·lula. En canvi, encara a dia d'avui no hi ha cap estructura aprovada per inhibir CXCR4, un altre coreceptor d'entrada. D'entre els compostos estudiats contra aquesta diana terapèutica en destaca l'AMD3100, un compost format per dos macrocicles (ciclam) units per un espaiador p-fenilenbismetilènic. Durant les estudis en fases clíniques, es va observar un efecte cardiotòxic i falta de biodisponibilitat oral relacionats amb l'elevada càrrega positiva a pH fisiològic. En el Laboratori de Síntesi de l'IQS, s'ha desenvolupat una família de tetraamines anàlogues del AMD3100 amb les quals, conservant l'espaiador i substituint les unitats de ciclam per diamines, s'han aconseguit bones activitats inhibidores de CXCR4. En el present treball es desenvolupen variants d'aquestes tetraamines per modificació de l'espaiador i per substitució dels ciclams per altres sistemes heterocíclics, respectivament. D'altra banda, un dels primers ITINANs (Inhibidor de la Transcriptasa Inversa No Anàleg de Nucleòsid) descoberts va ser l'1-[(2-hidroxietoxi)metil]-6-(feniltio)timina (HEPT). En el Laboratori de Disseny Molecular de l'IQS es va seleccionar una quimioteca d'anàlegs d'aquesta estructura i es va proposar una ruta sintètica. Un dels objectius d'aquest treball és doncs, a més d'obtenir anàlegs d'HEPT, confirmar sintèticament la viabilitat de l'itinerari proposat, comprovant que sigui robust, de rendiments elevats i de condicions de reacció prou suaus per poder automatitzar-lo. / El virus de la inmunodeficiencia humana de tipo 1 (VIH-1) es el agente que provoca el síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Una enfermedad, que fue descubierta a principios de los 80, que sufren hoy en día entre 31.1 y 35.8 millones de individuos por todo el mundo y que causa 2.7 millones de nuevos infectados cada año. Por todo esto, y por los casi tres millones de muertos que provoca cada año de media esta enfermedad, se considera importante intentar bloquear el virus (VIH-1), un parásito que utiliza la maquinaria metabólica de la célula para replicarse. Actualmente, el tratamiento más común es el TARGA (tratamiento antirretroviral de gran actividad), que consiste en la combinación de inhibidores de la transcriptasa inversa y de la proteasa, dos enzimas víricas necesarias para que se produzca la replicación del virus. La principal problemática que presenta un virus de estas características es la gran cantidad de mutaciones que puede sufrir y, en consecuencia, la resistencia que adquiere frente a los fármacos administrados. Por eso es de vital importancia encontrar nuevas moléculas que puedan no sólo suplir a otras frente a este problema sino que puedan interaccionar sobre nuevas dianas terapéuticas. No fue hasta al siglo XXI que fueron aprobados fármacos para otras dianas terapéuticas que no fuesen la transcriptasa inversa o la proteasa. Destacan Fuzeon® como inhibidor de fusión entre membranas del VIH y la célula huésped y Selzentry® como inhibidor de CCR5, uno de los dos correceptores de entrada que puede usar el virus para infectar la célula. En cambio, aún a día de hoy no hay ninguna estructura aprobada para inhibir CXCR4, otro correceptor de entrada. De entre los compuestos estudiados contra esta diana terapéutica destaca el AMD3100, un compuesto formado por dos macrociclos (ciclam) unidos por un espaciador p-fenilenbismetilénico. Durante los estudios en fases clínicas, se observó un efecto cardiotóxico y falta de biodisponibilidad oral relacionados con la elevada carga positiva a pH fisiológico. En el Laboratorio de Síntesis del IQS, se ha desarrollado una familia de tetraaminas análogas al AMD3100 con las cuales, conservando el espaciador y sustituyendo las unidades de ciclamo por diaminas, se han conseguido buenas actividades inhibidoras de CXCR4. En el presente trabajo se desarrollan variantes de estas tetraaminas por modificación del espaciador y por sustitución de los ciclamos por otros sistemas heterocíclicos, respectivamente. Por otro lado, uno de los primeros ITINANs (Inhibidor de la Transcriptasa Inversa No Análogo de Nucleósido) descubiertos fue el 1-[(2-hidroxietoxi)metil]-6-(feniltio)timina (HEPT). En el Laboratorio de Diseño Molecular del IQS se seleccionó una quimioteca de análogos de esta estructura y se propuso una ruta sintética. Uno de los objetivos de este trabajo es pues, además de obtener análogos de HEPT, confirmar sintéticamente la viabilidad del itinerario propuesto, comprobando que sea robusto, de rendimientos elevados y de condiciones de reacción lo suficientemente suaves para poder automatizarlo. / The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is the agent which causes acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). A disease that was discovered in the early 80s, that nowadays affects between 31.1 and 35.8 million individuals around the world and causes 2.7 million new infections each year. For all this, and for the nearly three million deaths caused each year on average by this disease, it is considered important to try to block the virus (HIV-1), a parasite which uses the cell's metabolic machinery to replicate. Currently, the most common treatment is HAART (highly active antiretroviral therapy), which is a combination of reverse transcriptase and protease inhibitors, two viral enzymes necessary for virus replication. The main issues presented by this type of virus are the large number of mutations that can occur and, therefore, the resistance it acquires to administered drugs. It is therefore of vital importance to find new molecules which can not only replace others dealing with this problem, but can interact on new therapeutic targets. It was not until the 21st century that drugs interacting with other therapeutic targets, neither reverse transcriptase nor protease, were approved. Emphasizing Fuzeon® as an inhibitor of membrane fusion between HIV and the host cell and Selzentry® as an inhibitor of CCR5, one of the two coreceptor that the virus can use to infect the cell. However, even today there is not an approved structure to inhibit CXCR4, another entry coreceptor. Among the studied compounds against this therapeutic target highlights the AMD3100, a compound formed by two macrocycles (cyclam) linked by a p-phenylenbismethylenic spacer. During clinical trials, there was a cardiotoxic effect and a lack of oral bioavailability associated with its high positive charge at physiological pH. In the Synthesis Laboratory at IQS, a family of tetraamines analogs of AMD3100 which retain the spacer and replace the cyclam units by diamines, have been developed. These compounds showed good CXCR4 inhibitory activity. In this thesis we develop variants of these tetraamines by modification of the spacer and replacement of the cyclams by other heterocyclic systems, respectively. On the other hand, one of the first NNRTIs (Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitors) that was discovered was 1-[(2-hydroxyethoxy)methyl]-6-(phenylthio)thymine (HEPT). In the Laboratory of Molecular Design at IQS a chemical library of analogs of this structure was selected and a synthetic route was proposed. Therefore, one objective of this work is to obtain HEPT analogs, confirm the feasibility of the proposed synthetically pathway, checking the robustness of the reactions, that the yields are high and that the reaction conditions are mild enough to automate the process.

En aquesta tèsi s'ha avaluat l'ús de la teràpia fotodinàmica antimicrobiana (APDT) com a alternativa als antibiòtics. Inicialment, s'ha demostrat in vitro i en un model de cremades en ratolins el potencial de les fenotiazines, i més concretament del nou blau de metilè, per inactivar un bacteri resistent a antibiòtics com Acinetobacter baumanii. A més, també s'ha investigat el potencial dels porficens aril catiònics com a agents fotosensibilitzadors per a APDT in vitro i in vivo, inactivant exitosament diferents tipus de bacteris gram positius i negatius, així com fongs. Per altra banda, s'han estudiat les cinètiques de formació i decaïment d'oxigen singlet (1O2) en E. coli mitjançant un espectrofotòmetre ultrasensible a l'infraroig proper amb resolució temporal per sota del microsegon. Els resultats ens permeten profunditzar en el mecanisme de l'APDT, és a dir, en la localització del fotosensibilitzador (PS) en el bacteri i la reactivitat de l'1O2. Per un costat, l'entorn del PS canvia quan la distribució de les càrregues catiòniques varia. Per l'altre, en funció del lloc de formació, l'1O2 reacciona amb l'entorn proper o és capaç d'escapar fora de les cèl·lules. En tercer lloc, també s'ha estudiat, mitjançant sondes fluorescents i tècniques amb resolució temporal, l'habilitat d'una proteïna fluorescent per produir espècies reactives d'oxigen, actuant com a agents fotosensibilitzadors genèticament codificats. Així, s'ha calculat per primera vegada el rendiment quàntic de formació d'1O2 obtenint un valor similar al del cromòfor sintètic de les GFPs. Finalment, s'ha investigat mitjançant l'espectrofotòmetre en l'infraroig proper l'efecte plasmó produït per films d'illes de plata sobre l'1O2, demostrant un increment màxim en la luminescència d'1O2 a 1270 nm al voltant de 30 vegades en alguns casos. / En esta tesis se ha evaluado el uso la terapia fotodinámica antimicrobiana (APDT) como alternativa a los antibióticos. Inicialmente, se ha demostrado, in vitro y en un modelo de quemaduras en ratón, el potencial de las fenotiazinas, y más concretamente del nuevo azul de metileno, para inactivar una bacteria resistente a antibióticos como Acinetobacter baumanii. Además, también se ha investigado el potencial de los porficenos aril catiónicos como agentes fotosensibilizadores para APDT in vitro e in vivo, inactivando exitosamente distintos tipos de bacterias gram positivas y negativas, así como hongos. Por otro lado, se ha estudiado las cinéticas de formación y decaimiento de oxígeno singlete (1O2) en E. coli mediante un espectrofotómetro ultrasensible en el infrarrojo cercano con resolución temporal por debajo del microsegundo. Los resultados nos permiten profundizar en el mecanismo de la APDT, es decir, en la localización del fotosensibilizador (PS) en la bacteria y la reactividad del 1O2. Por un lado, el entorno del PS cambia cuando la distribución de las cargas catiónicas varía. Por otro lado, en función del lugar de formación, el 1O2 reacciona con el entorno cercano o es capaz de escapar fuera de las células. En tercer lugar, también se ha estudiado, mediante sondas fluorescentes y técnicas con resolución temporal, la habilidad de una proteína fluorescente para producir especies reactivas de oxígeno, actuando pues como agentes fotosensibilizadores genéticamente codificados. Así, se ha calculado por primera vez el rendimiento cuántico de formación de 1O2 mostrando un valor similar al del cromóforo sintético de las GFP. Finalmente, se ha investigado mediante el espectrofotómetro en el infrarojo cercano el efecto plasmon producido por films de islas de plata sobre 1O2, observando un incremento máximo de la luminiscencia de 1O2 a 1270 nm alrededor de 30 veces en algunos casos. / In this thesis, the use of antimicrobial photodynamic therapy as alternative to antibiotics has been assessed. First, the potential of phenothiazinium dyes, and specifically new methylene blue, to inactivate multidrug-resistant strains has been demonstrated against Acinetobacter baumanii in vitro and in a mouse burn model. In this regard, it also has been investigated the potential of aryl cationic porphycenes as photosensitizing drugs in APDT in vitro and in vivo, successfully inactivating different gram-positive and negative bacteria, and fungal cells.Second, the kinetics of singlet oxygen (1O2) production and fate in E. coli have been investigated by means of an ultrasensitive near-infrared spectrometer with submicrosecond time resolution. The results allowed us to gain insight into the mechanism of APDT, i.e., the localization of the photosensitiser (PS) in the bacteria and the reactivity of 1O2. On one hand, the microenvironment of the PS changes when the distribution of the cationic charges changes. On the other hand, depending on the site of production, 1O2 reacts with the nearest microenvironment or is able to escape out of the cells. Third, the ability of fluorescent proteins (GFPs), as genetically-encoded photosensitisers, to produce reactive oxygen species has been studied by means of fluorescent probes and time-resolved techniques. Thus, for the first time, the quantum yield of 1O2 production of some of the studied proteins has been calculated showing a value similar to that of the synthetic GFP chromophore.Finally, the plasmonic effect of silver island films on 1O2 has been investigated using the near-infrared spectrometer, demonstrating a maximum enhancement of the 1O2 luminescence signal at 1270 nm ca. 30-fold in some cases.

Aquest estudi s’ha realitzat en el marc del projecte titulat: “Ecotoxicidad, micotoxinas y degradación de nonilfenoles en lodos de depuradora y suelos tratados” finançat pel Ministeri d’educació i ciència amb número de referència: CTM2006-14163-C02-02, en col•laboració amb el Centre de Recerca i Aplicacions Forestals. La present Tesi Doctoral aborda els aspectes de determinació analítica de la presència de micotoxines en compost i l’evolució del nonilfenol en sòls. En concret, s’ha estudiat la presència de les aflatoxines G2, G1, B2, B1 i l’ocratoxina A, en tres mostres de compost produït en dues EDAR de Catalunya. Per això s’ha desenvolupat un mètode per a l’anàlisi simultània de les aflatoxines G2, G1, B2, B1 i l’ocratoxina A en compost. En primer lloc s’ha adaptat per aquestes mostres un procediment per HPLC-MS desenvolupat anteriorment en el nostre equip per a la determinació de les aflatoxines G2, G1, B2 i B1 aplicat en matrius de tipus alimentari, que s’ha estès a la determinació conjunta de les quatre aflatoxines i l’ocratoxina A. Aquest procediment ha mostrat problemes pel que fa a la recuperació i precisió dels resultats. Vistes les dificultats, s’ha desenvolupat un nou procediment per UHPLC-Fluorescència que permet una preparació de mostra més ràpida i simple, així com una millor sensibilitat. Aquest nou mètode ha estat validat i permet millorar el temps d’anàlisi i aconseguint eliminar l’etapa de purificació de mostra amb cartutxos de reblert polimèric, utilitzats en el mètode emprat com a punt de partida. Els dos procediment han permès demostrar que, en les mostres de compost estudiades no hi ha quantitats significatives de cap de les cinc micotoxines estudiades. Pel que fa al nonilfenol, s’ha estudiat la seva evolució temporal, durant 32 setmanes, en mostres de sòl, mescles de sòl amb torba i mescles de sòl amb compost, a les que s’ha addicionat nonilfenol a dos nivells de concentració. De la mateixa manera, s’ha estudiat la concentració de nonilfenol en els lixiviats de les mostres de sòl i de les mescles de sòl amb torba. Per això, s’ha posat al punt un procediment analític per HRGC-MS tant per a les mostres de sòls com per a les mostres aquoses dels lixiviats. S’ha posat de manifest la ràpida eliminació del nonilfenol en les tres mostres estudiades i que el nivell de pèrdua per lixiviació és molt baix. En els mateixos lixiviats s’ha determinat la matèria orgànica total i la seva toxicitat a través de l’assaig de Microtox. Les dues determinacions mostren que aquests lixiviats no presenten problemes ja que, complirien les exigències per poder ser abocats a les xarxes públiques de clavegueram. Finalment, es pot afirmar que l’ús del compost en agricultura és una pràctica segura, tant pel que fa a l’absència de les micotoxines, com per la ràpida degradació del nonilfenol en el sòl. / Este estudio se llevó a cabo en el marco del proyecto titulado, "Ecotoxicidad, micotoxinas y degradación de nonilfenoles en lodos de depuradora y suelos tratados" financiado por el Ministerio de educación y ciencia con número de referencia: CTM2006-14163-C02-01, en colaboración con el “Centre de Recerca i Aplicacions Forestals”. La presente Tesis Doctoral aborda los aspectos de determinación analítica de la presencia de micotoxinas en compost y la evolución del nonilfenol en suelos. En concreto, se ha estudiado la presencia de las aflatoxinas B1, B2, G1, G2 y la ocratoxina A en tres muestras de compost producido en dos EDAR de Catalunya. Por lo tanto, se ha desarrollado un método de análisis simultáneos de aflatoxinas B1, B2, G1, G2 y la ocratoxina A en compost. En primer lugar se ha adaptado a estas muestras un procedimiento por HPLC-MS desarrollado previamente en nuestro equipo para la determinación de aflatoxinas B1, B2, G1 y G2 aplicado a matrices alimentarias y se ha extendido a la determinación conjunta de las cuatro aflatoxinas y la ocratoxina A. Este procedimiento ha revelado problemas relativos a la recuperación y la precisión de los resultados. Vistas las dificultades, se ha desarrollado un nuevo procedimiento por UHPLC-fluorescencia que permite una rápida y simple preparación de muestra, así como una mejor sensibilidad. Este nuevo método ha sido validado y puede mejorar el tiempo de análisis y eliminar la etapa con cartuchos de purificación de muestra con cartuchos poliméricos, utilizados en el método de partida. Ambos procedimientos han permitido mostrar que, en las muestras del compost estudiado no hay cantidades significativas de ninguna de las cinco micotoxinas estudiadas. En cuanto a nonilfenol, se ha estudiado su evolución temporal, durante 32 semanas, en muestras de suelo, mezclas de suelo con turba y mezclas de suelo con compost, donde se ha adicionado nonilfenol en dos niveles de concentración. Asimismo, se ha estudiado la concentración del nonilfenol en las muestras de lixiviados de los suelos y mezclas de suelo con turba. Por lo tanto, se ha puesto a punto un procedimiento analítico por HRGC-MS tanto para muestras de suelo como para muestras de lixiviados acuosa. Se ha demostrado la rápida eliminación del nonilfenol en las tres muestras estudiadas y que el nivel de pérdidas por lixiviación es muy baja. Finalmente, en los mismos lixiviados se ha determinado la materia orgánica total y su toxicidad mediante el ensayo de Microtox. Ambas determinaciones muestran que estos lixiviados no presentan problemas ya que cumplen las exigencias para poder ser enviados a las redes de alcantarillado público. Se puede afirmar que el uso de compost en la agricultura es una práctica segura, tanto en cuanto a la ausencia de micotoxinas, como la degradación rápida de nonilfenol en el suelo. / This work was carried out in the framework of the project: “Ecotoxicidad, micotoxinas y degradación de nonilfenoles en lodos de depuradora y suelos tratados". This project was performed in collaboration with "Centre de Recerca i Aplicacions Forestals" and it was supported by “Ministerio de Educación y Ciencia” (contract number CTM2006-14163-C02-01). The present work is referred to the analytical determination of mycotoxins and the degradation of the nonylphenol in soils. Aflatoxins B1, B2, G1, G2 and ochratoxin A in three different samples of compost, produced in two sewage wastewater in Catalonia, has been studied. Also, a method for simultaneous determination of aflatoxins B1, B2, G1, G2 and ochratoxin A in compost has been developed. An analytical method using HPLC-MS has been developed to determinate aflatoxins B1, B2, G1, G2 and ochratoxin A in compost matrices. This method is based on a previous work performed in the Chromatographic Methods Lab at IQS to determinate aflatoxins B1, B2, G1, and G2 in food matrices. It is important to mention that the HPLC-MS method showed low recovery factors and precision problems in the compost samples analyzed. In a second set of experiments a new method using UHPLC-fluorescence has been designed to analyze aflatoxins B1, B2, G1, G2 and ochratoxin A in compost samples. UHPLC-fluorescence allowed quick and simple sample preparation, high sensitivity, short analysis time and the elimination of the purification step using polymeric cartridges. Finally, this method using UHPLC-fluorescence was validated for aflatoxins B1, B2, G1, G2 and ochratoxin A in compost matrices. It is important to mention that HPLC-MS and UHPLC-fluorescence methods verify the absence of mycotoxins in all compost samples analyzed. In a third set of experiments the temporal evolution of nonylphenol has been studied in soil samples, mixtures of soil with peat and soil with compost. The experiments were performed during 32 weeks in which nonylphenol was added at two levels of concentration in the samples at the beginning of the assay. Also, the concentration of nonylphenol in samples of leachates from soil and mixtures of soils with peat has been studied. An analytical method to analyze nonylphenol using HRGC-MS for soil samples and leachates has been designed. Rapid nonylphenol degradation in the three samples analyzed (soil, soil + compost and soil + peat) has been observed and very low nonylphenol levels in samples of leachates from soil and mixtures of soils have been obtained. Finally, Total Organic Carbon (TOC) of the leachates has been measured and also toxicity assays by Microtox test have been performed. Both techniques showed that the leachates analyzed can be dumped in the public sewerage networks because it’s low TOC and toxicity levels. To summarize, it can be assured that the use of compost in agriculture is a safe practice because the absence of mycotoxins and the rapid degradation of nonylphenol in soil.

S'ha estudiat el desenvolupament de fotosensibilitzadors i la seva formulació en teràpia fotodinàmica. S'han caracteritzat les propietats fotofísiques dels fotosensibilitzadors porficènics. S'han proposat diferents estratègies tals com la introducció de grups carboxilat en la perifèria o ions de metalls pesants en el nucli, per millorar el disseny de nous fotosensibilitzadors basats en el macrocicle porficènic. Entre ells, el temocè (m-THPPo), el porficè anàleg a la temoporfina, mostra excel•lents propietats fotofísiques, fotoestabilitat i alta eficàcia fotodinàmica. A causa de la seva alta hidrofobicitat, s'ha desenvolupat una formulació liposomal per a l'administració in vitro i in vivo del temocè. m-THPPo/DPPC/DMPG (1:67.5:7.5 relació molar) té alta eficiència d'encapsulació mantenint les seves propietats tant fotofísiques com a biològiques. El temocè liposomal va exhibir l'eficàcia fotodinàmica in vitro més alta per molècula internalitzada, sent un sistema d'administració de fàrmacs eficaç per a una estratègia in vivo dirigida a les cèl•lules tumorals. El temocè encapsulat en micel•les de Cremophor EL va mostrar una mínima internalització cel•lular. Consistentment, la formulació micel•lar va mostrar millor la resposta in vivo quan s'utilitza en un règim vascular. Amb la finalitat de minimitzar la internalització del fotosensibilitzador en les cèl•lules normals, es van proposar liposomes decorats amb lligands folat. Aquesta estratègia resulta en una internalització dues vegades major dels liposomes dirigits al receptor folat respecte a la corresponent formulació no específica. Finalment, han estat explorats nous models cel•lulars in vitro per a l'optimització dels processos amb oxigen singlet. Els cultius cel•lulars en 3D reprodueixen l'heterogeneïtat d'oxigen i fotosensibilitzador que està present en els teixits reals, proporcionant informació molt útil per interpretar i predir el resultat de la teràpia fotodinàmica. També s'ha demostrat la capacitat de desactivació de l'oxigen singlet d'antioxidants en un model ex vivo de pell porcina. / Se ha estudiado el desarrollo de fotosensibilizadores y su formulación en terapia fotodinámica. Se han caracterizado las propiedades fotofísicas de los fotosensibilizadores porficénicos. Se han propuesto diferentes estrategias tales como la introducción de grupos carboxilato en la periferia o iones de metales pesados en el núcleo, para mejorar el diseño de nuevos fotosensibilizadores basados en el macrociclo porficénico. Entre ellos, el temoceno (m-THPPo), el porficeno análogo a la temoporfina, muestra excelentes propiedades fotofísicas, fotoestabilidad y alta eficacia fotodinámica. Debido a su alta hidrofobicidad, se ha desarrollado una formulación liposomal para la administración in vitro e in vivo del temoceno. m-THPPo/DPPC/DMPG (1:67.5:7.5 relación molar) tiene alta eficiencia de encapsulación manteniendo sus propiedades tanto fotofísicas como biológicas. El temoceno liposomal exhibió la eficacia fotodinámica in vitro más alta por molécula internalizada, siendo un sistema de administración de fármacos eficaz para una estrategia in vivo dirigida a las células tumorales. El temoceno encapsulado en micelas de Cremophor EL mostró una mínima internalización celular. Consistentemente, la formulación micelar mostró mejor la respuesta in vivo cuando se utiliza en un régimen vascular. Con el fin de minimizar la internalización del fotosensibilizador en las células normales, se propusieron liposomas decorados con ligandos folato. Esta estrategia resulta en una internalización dos veces mayor de los liposomas dirigidos al receptor folato respecto a la correspondiente formulación no específica. Por último, han sido explorados nuevos modelos celulares in vitro para la optimización de los procesos con oxígeno singlete. Los cultivos celulares en 3D reproducen la heterogeneidad de oxígeno y fotosensibilizador que está presente en los tejidos reales, proporcionando información muy útil para interpretar y predecir el resultado de la terapia fotodinámica. También se ha demostrado la capacidad de desactivación del oxígeno singlete de antioxidantes en un modelo ex vivo de piel porcina. / The photosensitizer and formulation development in photodynamic therapy have been studied. They have been characterized the photophysical properties of new porphycene-based photosensitizers. Different strategies such as the introduction of carboxylate groups in the periphery or heavy metal ions in the core have been proposed for improving the design of novel photosensitizers based on the porphycene macrocycle. Among them, temocene (m-THPPo), the porphycene analogue to temoporfin, shows excellent photophysical properties, superior photostability and high photodynamic efficiency. Owing to its high hydrophobicity, a liposomal formulation has been developed for in vitro and in vivo administration of temocene. m-THPPo/DPPC/DMPG (1:67.5:7.5 molar ratio) yielded high encapsulation efficiency maintaining its photophysical and biological properties. Liposomal temocene exhibited the highest in vitro killing efficacy per uptaken molecule and they were an efficient drug delivery system for in vivo tumor cell targeting strategy. Temocene encapsulated in Cremophor EL micelles showed minimal cell internalization. Consistently, micellar formulation showed the best in vivo response when used in a vascular regime. In order to minimize the internalization of the photosensitizer in normal cells, liposomes decorated with folic acid ligands were proposed. This strategy leads to a 2-fold higher uptake of folate-targeted liposomes than the corresponding non-targeted formulation. Finally, new in vitro cellular models for a better optimization of singlet oxygen-involved processes were explored. 3D cellular cultures reproduced the oxygen and photosensitizer heterogeneity found in real tissues, providing useful information to interpret and predict the photodynamic therapy outcome. The singlet oxygen quenching ability of antioxidants in ex vivo porcine skin model has also been demonstrated.

L'òxid de zinc és un compost àmpliament utilitzat en la indústria del cautxú a causa de les excel•lents propietats que mostra com activador per a la vulcanització amb sofre. Malgrat les seves característiques superiors, hi ha una creixent preocupació sobre els seus efectes mediambientals i nombrosos estudis s’han portat a terme per tal de reduir els nivells de ZnO als compostos de cautxú o per a substituir-lo. Entre totes les alternatives propostes per reduir la quantitat d'òxid de zinc, l'ús de nanopartícules de ZnO amb una alta superfície específica sembla prometedor. Una altra proposta per reduir els nivells de ZnO que ha estat estudiada per nombrosos autors és l'ús d'altres òxids metàl•lics, com el CaO, MgO, CdO, CuO, PbO i NiO. En aquest treball, nous activadors amb un reduït contingut de zinc han estat desenvolupats per tal de reduir l'impacte ambiental de la indústria del cautxú. Nanopartícules d'òxids metàl•lics mixtes de zinc i altres metalls s’han sintetitzat per tal de beneficiar-se de la seva grandària i aprofitar-se del comportament tant del ZnO com del MgO a la vulcanització amb sofre. Un altre gran problema mediambiental relacionat amb la indústria del cautxú és la gestió dels compostos de cautxú que han arribat al final de la seva vida útil, especialment de pneumàtics. L'impacte mediambiental dels pneumàtics, juntament amb els problemes econòmics relacionats amb la seva gestió i eliminació, ha donat lloc a una gran varietat d'estudis per desenvolupar tecnologies per a reutilitzar i reciclar els pneumàtics fora d'ús. L'ús de cautxú recuperat o regenerat en mescles amb cautxú verge s’ha investigat per diferents autors. No obstant això, la migració de les substàncies químiques entre el cautxú triturat i la matriu verge no ha estat considerada com un avantatge per tal d'utilitzar el cautxú de pneumàtics fora d'ús com un activador i, per tant, reduir els nivells de zinc emprats en els compostos de cautxú i introduir noves aplicacions per als pneumàtics fora d'ús. Aquest enfocament ha estat investigat en aquesta tesi. / El óxido de zinc es un compuesto ampliamente utilizado en la industria del caucho debido a las excelentes propiedades que muestra como activador para la vulcanización con azufre. A pesar de sus características superiores, existe una creciente preocupación acerca de sus efectos medioambientales y numerosos estudios han sido realizados con el fin de reducir los niveles de ZnO en los compuestos de caucho o para sustituirlo. Entre todas las alternativas propuestas para reducir la cantidad de óxido de zinc, el empleo de nanopartículas de ZnO con una alta superficie específica parece ser prometedor. Otro propuesta para reducir los niveles de ZnO que ha sido estudiado por numerosos autores es el uso de otros óxidos metálicos, como el CaO, MgO, CdO, CuO, PbO y NiO. En este trabajo, nuevos activadores con un reducido contenido de zinc han sido desarrollados con el fin de reducir el impacto ambiental de la industria del caucho. Nanopartículas de óxidos metálicos mixtos de zinc y otros metales han sido sintetizados con el fin de beneficiarse de su tamaño y aprovecharse del comportamiento tanto del ZnO como del MgO en la vulcanización con azufre. Otro gran problema medioambiental relacionado con la industria del caucho es la gestión de los compuestos de caucho que han alcanzado el final de su vida útil, especialmente de neumáticos. El impacto medioambiental de los neumáticos, junto con los problemas económicos relacionados con su gestión y eliminación, ha dado lugar a una gran variedad de estudios para desarrollar tecnologías para reutilizar y reciclar los neumáticos fuera de uso. El uso de caucho recuperado o regenerado en mezclas con caucho virgen ha sido investigado por diferentes autores. Sin embargo, la migración de las sustancias químicas entre el caucho triturado y la matriz virgen no ha sido considerada como una ventaja con el fin de utilizar el caucho de neumáticos fuera de uso como un activador y, por lo tanto, reducir los niveles de zinc empleadas en los compuestos de caucho e introducir nuevas aplicaciones para los neumáticos fuera de uso. Este enfoque ha sido investigado en esta tesis. / Zinc oxide is a widely used compound in rubber industry due to the excellent properties that shows as activator for sulphur vulcanisation. Despite its superior characteristics, there is an increased concern about its environmental effects and several research studies have been carried out in order to reduce the ZnO levels in rubber compounds or substitute it. Between all the alternatives proposed to reduce the ZnO levels, the use of nano-sized ZnO particles with high surface area seems to be promising. Another approach to reduce the ZnO levels that has been studied by many authors is the use of alternative metal oxides, such us CaO, MgO, CdO, CuO, PbO and NiO. In this work, novel activators with reduced zinc content have been developed in order to reduce the environmental impact of the rubber industry. Mixed metal oxides nanoparticles of zinc and other metal have been synthesised with the aim of profiting from its size and to take advantage of the behaviour of both ZnO and MgO in sulphur vulcanisation. Another environmental problem related to the rubber industry is the management of end of life and waste rubber, especially tyres. The environmental impact of waste tyres, together with the economic problems related with the management and disposal, has led to a great variety of studies to develop technologies to re-use and recycle waste tyres. The use of reclaimed or regenerated rubber in blends with virgin rubber has been investigated by different authors. However, the migration of chemicals between the crumb and the matrix has not been considered as an advantage in order to use tyre crumb as an activator and, therefore, reduce the zinc levels employed in rubber compounds and introducing new applications for the waste rubber from end of life tyres. This approach has been investigated in this thesis.

La medicina regenerativa és una disciplina que ha guanyat reconeixement en les últimes dècades pel fet que moltes malalties no són tractables amb fàrmacs convencionals. Molts grups de recerca i empreses inverteixen temps i diners en la producció de nous paradigmes per curar malalties com el Parkinson, l'artrosi o la regeneració de medul·la espinal. Aquestes propostes es basen en l'ús de teixits biomimètics per reparar òrgans danyats. En aquesta tesi es presenta un nou model experimental per estudiar la formació d'os i cartílag i eventualment la reparació d'aquests teixits. Hem utilitzat Fibroblasts Embriònics de Ratolí (MEFs) combinats amb diferents materials biomimètics per estudiar os i cartílag in vitro i in vivo. Aquests MEFs es van cultivar in vitro i in vivo en RAD16-I, un pèptid auto-ensamblable amb estructura similar a matrius extracel·lulars genèriques, amb l'objectiu d'estudiar l'evolució dels fibroblasts en aquestes dues condicions. També s'han recobert superficialment micropartícules de hidroxiapatita obtenint càrregues inorgàniques similars a l'os i biològicament actives per a utilitzar-les com a substituts d'os o cartílag. Amb la idea de millorar els recobriments superficials, hem desenvolupat una plataforma que permet dur a terme proves combinatòries amb factors de creixement i altres compostos biològicament actius. Cultius in vitro de MEFs han mostrat que quan fibroblasts embrionaris primaris de ratolí es cultiven en RAD16-I, estableixen una xarxa intercel·lular que causa una contracció cel·lular organitzada, proliferació i migració cel·lulars i culmina amb la formació d'una estructura bilateral i simètrica amb un eix central distingible. Durant aquest procés morfològic, augmenta l'expressió d'un grup de gens mesodèrmics (brachyury, Sox9, Sox5, Sox6, Runx2). L'expressió de brachyury està localitzada primer en l'eix de simetria central i després s'extén als dos costats de l'estructura. Per acabar, la formació espontània d'un teixit similar al del cartílag acompanya l'expressió de Sox9 i Runx2.L'estudi in vivo de MEFs es va fer gràcies a la tècnica de presa d'imatges no invasiva basada en bioluminiscència (BLI) que ha desenvolupat en el grup de recerca del dr. Jerónimo Blanco. Aquests experiments han mostrat que el RAD16-I és una matriu molt permissiva per a la supervivència i proliferació cel·lulars in vivo. A més, sembla que les pobres propietats mecàniques que té el RAD16-I no li suposen cap desavantatge en termes de creixement cel·lular in vivo. Finalment, hem desenvolupat diferents tipus de micropartícules de hidroxiapatita (HA) no recobertes, i recobertes mitjançant polimerització assistida per plasma. Els recobriments permeten afinar les propietats de la HA i produir partícules que satisfacin les necessitats de diferents aplicacions mèdiques en reparació d'os i cartílag. També hem desenvolupat un mètode per produir plataformes basades en plaques de 96 pous que permetin fer proves combinatòries amb compostos biològicament actius per vàries aplicacions en medicina regenerativa. En conclusió, hem aportat noves idees i eines que permetran trobar teixits regeneratius basats en l'ús de fibroblasts i materials biomimètics. / La medicina regenerativa es una disciplina que ha ganado reconocimiento en las últimas décadas porque muchas enfermedades no son tratables con fármacos convencionales. Muchos grupos de investigación y empresas invierten tiempo y dinero en la producción de nuevos paradigmas para curar enfermedades como el Parkinson, la artrosis o la regeneración de médula espinal. Estas propuestas se basan en el uso de tejidos biomiméticos para reparar órganos dañados. En esta tesis se presenta un nuevo modelo experimental para estudiar la formación de hueso y cartílago y tal vez la reparación de estos tejidos. Hemos utilizado Fibroblastos Embrionarios de Ratón (MEFs) combinados con diferentes materiales biomiméticos para estudiar hueso y cartílago in vitro e in vivo. Estos MEFs se cultivaron in vitro e in vivo en RAD16-I, un péptido auto-ensamblable con estructura similar a matrices extracelulares genéricas, con el objetivo de estudiar la evolución de los fibroblastos en estas dos condiciones. También se han recubierto superficialmente micropartículas de hidroxiapatita obteniendo cargas inorgánicas similares al hueso y biológicamente activas para utilizarlas como sustitutos de hueso o cartílago. Con la idea de mejorar los recubrimientos superficiales, hemos desarrollado una plataforma que permite llevar a cabo pruebas combinatorias con factores de crecimiento y otros compuestos biológicamente activos. Cultivos in vitro de MEFs han mostrado que cuando fibroblastos embrionarios primarios de ratón se cultivan en RAD16-I, establecen una red intercelular que causa una contracción celular organizada, proliferación y migración celulares y culmina con la formación de una estructura bilateral y simétrica con un eje central distinguible. Durante este proceso morfológico, aumenta la expresión de un grupo de genes mesodérmicos (brachyury, Sox9, Sox5, Sox6, Runx2). La expresión de brachyury está localizada primero en el eje de simetría central y después se extiende a los dos lados de la estructura. Para terminar, la formación espontánea de un tejido similar al del cartílago acompaña a la expresión de Sox9 y Runx2.El estudio in vivo de MEFs se hizo gracias a la técnica de toma de imágenes no invasiva basada en bioluminiscencia (BLI) que han desarrollado en el grupo de investigación del dr. Jerónimo Blanco. Estos experimentos han mostrado que el RAD16-I es una matriz muy permisiva para a la supervivencia y proliferación celulares in vivo. Además, parece que las pobres propiedades mecánicas que tiene el RAD16-I no le suponen ninguna desventaja en términos de crecimiento celular in vivo. Finalmente, hemos desarrollado diferentes tipos de micropartículas de hidroxiapatita (HA) no recubiertas, y recubiertas mediante polimerización asistida por plasma. Los recubrimientos permiten afinar las propiedades de la HA y producir partículas que satisfagan las necesidades de diferentes aplicaciones médicas en reparación de hueso y cartílago. También hemos desarrollado un método para producir plataformas basadas en placas de 96 pozos que permitan hacer pruebas combinatorias con compuestos biológicamente activos para varias aplicaciones en medicina regenerativa. En conclusión, hemos aportado nuevas ideas y herramientas que permitirán hallar tejidos regenerativos basados en el uso de fibroblastos y materiales biomiméticos. / Regenerative medicine is a discipline that has gained recognition in the last decades because many diseases are not treatable with traditional drugs. Many research groups and companies invest time and money in the production of new paradigms to cure conditions such as Parkinson's, arthrosis or spinal cord injuries. These approaches are based in the use of biomimetic tissues to replace damaged organs. In this work we present a new experimental model to study the formation of bone and cartilage and eventually to repair these tissues. We have used Mouse Embryonic Fibroblasts (MEFs) combined with different biomimetic materials to study bone and cartilage formation in vitro and in vivo. MEFs have been cultured in vitro and in vivo in RAD16-I, a synthetic self-assembling peptide with structure similar to generic extracellular matrix milieu, to study the evolution of these fibroblasts in both conditions. Also, hydroxyapatite microparticles have been surface coated to produce biologically active bone-like inorganic charges for use in cartilage or bone substitutes. In order to improve the particles' coatings, we have developed a platform that allows us to perform combinatorial testing of growth factors and other biologically active compounds. In vitro cultures of MEFs has shown that when primary mouse embryonic fibroblasts are cultured in a soft nanofiber scaffold, they establish a cellular network that causes an organized cell contraction, proliferation, and migration that ends in the formation of a symmetrically bilateral structure with a distinct central axis. A subset of mesodermal genes (brachyury, Sox9, Sox5, Sox6, Runx2) is upregulated during this morphogenetic process. The expression of brachyury was localized first at the central axis, extending then to both sides of the structure. The spontaneous formation of cartilage-like tissue mainly at the paraxial zone followed the expression of Sox9 and Runx2.In vivo study of MEFs was facilitated by a non-invasive bioluminescence imaging (BLI) technique to detect luciferase-expressing cells, developed by Dr. Blanco's research group. These experiments showed that RAD16-I is a very permissive scaffold for cell survival and proliferation in vivo. Furthermore, it seems that the poor mechanical properties of RAD16-I are no disadvantage in terms of cell growth in vivo.Finally, we have developed different types of coated and uncoated hydroxyapatite (HA) microparticles by plasma polymerization. The coatings permit to tune the properties of HA and produce particles that suit the needs of different medical applications in bone and cartilage repair. Moreover, we have developed a method to produce platforms based on 96-well plates that allow the combinatorial testing of biologically active compounds for various applications in regenerative medicine. In conclusion, we have supplied new insights and tools that will enhance the finding of new regenerative tissues based on fibroblasts and biomimetic materials.

El present treball constitueix el producte de la recerca d'una solució integral al greu problema social, econòmic i ambiental en què viuen dia a dia centenars de famílies assentades al Parc Porcí de Ventanilla, a Lima-Perú.S'analitza, s'adapta i fa viable l'aplicació de les tecnologies existents a la utilització de les excretes i orins dels porcs i de les aigües residuals dels habitatges com a matèria primera per a la producció de biogàs i altres subproductes, que serveixin com a: font d'energia, de matèries primeres per a la producció orgànica, per a l'ús racional de l'aigua, la planificació del territori i sobretot per la millora dels ingressos de les famílies, tot prioritzant l'ús dels recursos locals i que sigui assumible per les famílies per la seva operació, manteniment i rèplica, la qual cosa va significar treballar en una metodologia participativa involucrant a les famílies en tot el procés. / El presente trabajo constituye el producto de la búsqueda de una solución integral al grave problema social, económico y ambiental en que viven día a día cientos de familias asentadas en el Parque Porcino de Ventanilla, en Lima-Perú.Se analiza, se adapta y hace viable la aplicación de las tecnologías existentes a la utilización de las excretas y orines de los cerdos y de las aguas residuales de las viviendas como materia prima para la producción de biogás y otros subproductos, que sirvan como: fuente de energía, de insumos para la producción orgánica, para el uso racional del agua, la planificación del territorio y sobre todo para la mejora de los ingresos de las familias, todo ello priorizando el uso de los recursos locales y que sea asumible por las familias para su operación, mantenimiento y réplica, lo cual ha significado trabajar en una metodología participativa involucrando a las familias en todo el proceso. / This work results from the search of an integral solution to the very serious social, economical and environmental problems faced by hundreds of families settled in the Porcine Park of Ventanilla in Lima, Peru.The existing technologies have been analyzed, adapted and applied to use with pigs' excreta and urine, as well as with households´ wastewater as a feedstock for the production of biogas and other sub products. These will be used as: source of energy; organic production inputs; better management of water, spatial planning; and above all, for the improvement of households' incomes. This process prioritizes the use of local resources and is designed to be self managed by the families in terms of operation, maintenance and replication. These two objectives required working in a participatory approach that involved all the families throughout the complete process.

Les Tirosina Cinases (TKs) són un grup de Proteïna Cinases claus en la senyalització cel·lular. Aquestes Cinases estan implicades, entre d'altres, en processos de creixement tumoral, fet que fa que la recerca d'inhibidors de TKs sigui una àrea d'investigació molt important en química mèdica.En aquest context es desenvolupa el present treball en el qual es pretenen sintetitzar inhibidors potencials de Tirosina Cinases amb estructura 4-hidrogenpirido[2,3-d]pirimidínica. Molècules amb aquesta estructura han presentat elevada activitat com inhibidors de TKs pel que en primer lloc s'aborda la síntesis de la 6-(2,6-diclorofenil)-2-(4-(2-(dietilamino)etoxi)fenilamino)-8-metil-5,6-dihidropirido[2,3-d]pirimidin-7(8H)-ona. Aquest compost és anàleg a una de les estructures piridopirimidíniques que ha presentat millors resultats d'activitat inhibidora de TKs. D'altra banda, es desenvolupa un nou procediment per a l'obtenció de sistemes 5,6 dihidropirido[2,3-d]pirimidínics 4-hidrogen substituïts basat en una addició de Michael inusual. S'utilitza com metilè actiu el 3,3-dimetoxipropionitril, no utilitzat prèviament en addicions d'aquest tipus. L'esmenta't nitril, per addició sobre un acrilat de metil 2-aril substituït rendeix èsters 4-cianopentanoics o 4-cianopentenoics en funció de la temperatura de reacció. La posterior reacció d'aquests adductes de Michael amb guanidines desemboca en els sistemes 6 aril-5,6 dihidropirido[2,3-d]pirimidínics 4-hidrogen substituïts desitjats. Aprofitant l'experiència obtinguda amb el 3,3-dimetoxipropionitril es desenvolupa un procediment d'obtenció de pentanodioats substituïts per addició de Michael de 3,3 dimetoxipropionat de metil sobre èsters -insaturats. La posterior reacció d'aquests pentanodioats amb guanidina rendeix 3-(2-amino-1,6-dihidro-6-oxo-pirimidin-5-il)propanoats de metil que poden ser considerats com anàlegs de cadena oberta dels sistemes pirido[2,3-d]pirimídinics. / Las Tirosina Quinasas (TKs) son un grupo de Proteína Quinasas claves en la señalización celular. Dichas quinasas están implicadas, entre otros, en procesos de crecimiento tumoral, por lo que la búsqueda de inhibidores de TKs es un área de investigación muy importante en química médica.En este contexto se desarrolla el presente trabajo en el que se pretenden sintetizar inhibidores potenciales de Tirosina Quinasas con estructura 4-hidrógenopirido[2,3-d]pirimidínica. Moléculas con dicha estructura han presentado elevada actividad como inhibidores de TKs por lo que en primer lugar se aborda la síntesis de la 6-(2,6-diclorofenil)-2-(4-(2-(dietilamino)etoxi)fenilamino)-8-metil-5,6-dihidropirido[2,3-d]pirimidin-7(8H)-ona. Dicho compuesto es análogo a una de las estructuras piridopirimidínicas que ha presentado mejores resultados de actividad inhibidora de TKs.Por otro lado se desarrolla un nuevo procedimiento para la obtención de sistemas 5,6 dihidropirido[2,3-d]pirimidínicos 4-hidrógeno sustituidos basado en una adición de Michael inusual. Se utiliza como metileno activo el 3,3-dimetoxipropionitrilo, no usado previamente en adiciones de este tipo. Dicho nitrilo, por adición sobre un acrilato de metilo 2-aril sustituido rinde ésteres 4-cianopentanoicos o 4-cianopentenoicos en función de la temperatura de reacción. La posterior reacción de estos aductos de Michael con guanidinas desemboca en los sistemas 6 aril-5,6 dihidropirido[2,3-d]pirimidínicos 4-hidrógeno sustituidos deseados.Aprovechando la experiencia obtenida con el 3,3-dimetoxipropionitrilo se desarrolla un procedimiento de obtención de pentanodioatos sustituidos por adición de Michael de 3,3 dimetoxipropionato de metilo sobre ésteres -insaturados. La posterior reacción de dichos pentanodioatos con guanidina rinde 3-(2-amino-1,6-dihidro-6-oxo-pirimidin-5-il)propanoatos de metilo que pueden ser considerados como análogos de cadena abierta de los sistemas pirido[2,3-d]pirimidínicos. / Tyrosine Kinases (TKs) are a group of Protein Kinases key in cell signaling. These kinases are involved in tumor growth processes, so the search for TK inhibitors is a very important research area in medicinal chemistry. Present work is developed in this context, so the aim of the work is to synthesize potential inhibitors of TKs with a 4-unsubstituted pyrido[2,3-d]pyrimidinic structure. Molecules with this structure have presented high activity as TKs inhibitors. Therefore the synthesis of 6-(2,6-dichlorophenyl)-2-(4-(2-(diethylamino)ethoxy)phenylamino)-8-methyl-5,6-dihydropyrido[2,3-d] pyrimidin-7(8H)-one is addressed. This is an analogous compound to a one of the most active pyridopyrimidine systems described as TK inhibitors. On the other hand, a new procedure for obtaining 4-unsubstituted 5,6 dihydropyrido[2,3-d]pyrimidinic systems is described. Such process is based on an unusual addition in which 3,3 dimethoxypropanenitrile is used as an active methylene compound. This compound had not previously been used in this kind of additions. The reaction of this nitrile with methyl 2-arylacrylates yields 4-cyanopentanoic esters or 4-cyanopentenoic esters depending on the reaction temperature. The subsequent reaction of these Michael adducts with guanidines leads to desired 4-unsubstituted 6-aryl-5,6-dihydropyrido[2,3-d]pyrimidine systems. Using the experience obtained with 3,3-dimethoxypropionitrile a procedure for obtaining new substituted alkyl pentanedioates by Michael addition of methyl 3,3 dimethoxypropionate on -unsaturated esters has been developed. The subsequent reaction with guanidine yields methyl 3-(2-amino-1,6-dihydro-6-oxo-pyrimidin-5-yl)propanoates that can be considered as open-chain analogues of pyrido[2,3-d]pyrimidines.