Bacteria of the Arcobacter genus are microorganisms belonging to the Campylobacteraceae family. Currently, the Arcobacter genus comprises 23 species, isolated from a variety of hosts and ecological niches. Although most of the pathogenic species are from fecal origin, seawater is considered to be the habitat for most of them. The transmission to humans seems to be associated to the consumption of raw food or not entirely-cooked. In this regard, the presence of pathogenic Arcobacter species in food of marine origin and vegetables has not been deeply studied. When the detection and identification of Arcobacter is performed exclusively using conventional culture-based methods, the process is slow, tedious and rarely effective many times, originating frequently false negatives. Molecular biology-based methods analyzing nucleic acids with the use of the Polymerase Chain Reaction (PCR), are alternative procedure characterized by being reliable, faster, more sensitive. In this thesis we have analysed the presence of Arcobacter spp in 100 samples from shellfish and another 100 samples from vegetables using both approaches, on one side through the isolation and characterization by plate culture in and on the other side by PCR. The results obtained by both methods confirm the presence of Arcobacter spp. in the samples. An enrichment period followed by PCR has proved to be more sensitive than culture for the detection of the microorganism in the samples. In this study, Arcobacter contamination has been detected in 71 % of the shellfish samples and 20 % of vegetable samples. The obtained Arcobacter isolates have been identified to the species level analyzing the 16 rRNA gene by PCR-RFLP. This technique has allowed the identification of the species A. butzleri, A. cryaerophilus and A. defluvii in the shellfish isolates, being the first time that A. defluvii is identified in clams. Additionally, it is also the first time that Arcobacter spp. is detected in cockles. A. butzleri and A. cryaerophilus have been isolated in vegetables being the last one the first time in this type of samples. The sensitivity of the obtained isolates to ciprofloxacin and levofloxacin has also been studied. 2 % in analysed shellfish and 1 % in vegetables were contaminated with resistant strains. Three isolates from shellfish and 2 from vegetables, previously identified as A. butzleri, have shown resistance to both fluoroquinolones. In all of them, a mutation in the 254 position (C normal to T mutant) in the Quinolone Resistance-Determining Region (QRDR) of the gyrA gene has been detected. Our results regarding the presence of the pathogen in both types of samples are sufficiently relevant as to consider that the consumption of these contaminated foods with Arcobacter, especially A. butzleri, could suppose a risk for human health. In addition, in this thesis the analisys of Helicobacter spp. and H. pylori by conventional PCR and real-time PCR has been carried out. The Helicobacter genus comprises a large number of species considered pathogenic. The most studied specie is H. pylori, one of the most common pathogens in humans and responsible of 90 % of peptic ulcers and closely related to the development of gastric cancer. Although it seems clear that H. pylori is transmited by fecal-oral route through the water, its presence in food is poorly known. Therefore, another objective of the present study has been to study the presence of these organisms in shellfish and vegetable samples. Helicobacter spp. or H. pylori could not be detected by conventional PCR. However, the real-time PCR technique allowed the detection of H. pylori in a sample from vegetables (lettuce). / Las bacterias del género Arcobacter son microorganismos pertenecientes a la familia Campylobacteraceae. Actualmente, el género Arcobacter comprende 23 especies, aisladas de una gran diversidad de hospedadores y nichos ecológicos. Las aguas de mar son consideradas el hábitat natural para muchas de ellas, aunque la mayor parte de las especies patógenas son de origen fecal. La transmisión al hombre parece estar asociada al consumo de alimentos crudos o poco cocidos. Sin embargo, la presencia de especies patógenas de Arcobacter en alimentos de origen marino y vegetales ha sido muy poco estudiada. Cuando la detección e identificación de Arcobacter, se establece exclusivamente en función de métodos convencionales de cultivo, el proceso resulta lento, tedioso y poco efectivo en muchas ocasiones, originando frecuentes falsos negativos. Los métodos de detección molecular basados en el análisis de ácidos nucleicos, como la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), pueden suponer una alternativa más rápida, sensible y fiable. Por todo ello, en este trabajo se ha realizado la detección de Arcobacter spp. mediante aislamiento por cultivo en placa y PCR, a partir de 100 muestras de moluscos y 100 de verduras. Los resultados obtenidos por ambos métodos confirman la existencia de Arcobacter en las muestras. La PCR, realizada tras un periodo de enriquecimiento, ha resultado ser más sensible que el cultivo para la detección del microorganismo en las muestras. En este trabajo se ha detectado contaminación por Arcobacter en el 71 % de las muestras de moluscos y el 20 % de las muestras de verduras. Los aislados de Arcobacter obtenidos han sido identificados a nivel de especie mediante un análisis PCR-RFLP del gen 16 ARNr. Esta técnica ha permitido identificar las especies A. butzleri, A. cryaerophilus y A. defluvii de los aislados de moluscos, siendo la primera vez que es identificada A. defluvii de muestras de almejas. También es la primera vez que se detecta Arcobacter spp. en berberechos. En el caso de las verduras, se han aislado A. butzleri y A. cryaerophilus. Esta última especie ha sido identificada por primera vez en este tipo de muestras. También se ha estudiado la sensibilidad de los aislados obtenidos a ciprofloxacino y levofloxacino. El porcentaje de muestras contaminadas con cepas resistentes fue del 2 % en moluscos y del 1 % en verduras. Tres aislados procedentes de moluscos y 2 de verduras, identificados previamente como A. butzleri, han mostrado resistencia a ambas fluoroquinolonas. En todos ellos se ha detectado la existencia de una mutación en la posición 254 (C normal por T mutante) en la Región Determinante de Resistencia a Quinolonas (QRDR) del gen gyrA. Nuestros resultados sobre la presencia del patógeno en ambos tipos de muestras son lo suficientemente relevantes como para considerar que el consumo de estos alimentos contaminados con Arcobacter, especialmente A. butzleri, podría suponer un riesgo para la salud humana. Adicionalmente, en este trabajo se ha realizado un análisis de detección de Helicobacter spp. y H. pylori mediante PCR convencional y PCR a tiempo real. El género Helicobacter comprende un gran número de especies consideradas patógenas. La especie más estudiada es H. pylori, uno de los patógenos más comunes en humanos, responsable del 90 % de las úlceras pépticas y relacionado estrechamente con el desarrollo de cáncer gástrico. Aunque parece claro que H. pylori se transmite por la vía fecal-oral a través del agua, su presencia en los alimentos es poco conocida. Por lo tanto, en este estudio se tomó como objetivo estudiar la presencia de estos microorganismos en las muestras de moluscos y verduras. El análisis mediante PCR convencional no mostró resultados positivos para la detección de Helicobacter spp. ni H. pylori. La técnica PCR a tiempo real, sin embargo, ha permitido la detección de H. pylori en una muestra procedente de verduras (lechuga). / Els bacteris del gènere Arcobacter són microorganismes pertanyents a la família Campylobacteraceae. Actualment, el gènere Arcobacter comprèn 23 espècies, aïllades d'una gran diversitat d'hostes i nínxols ecològics. Les aigües de la mar són considerades l'hàbitat natural per a moltes d'aquestes espècies, encara que la major part de les patògenes són d'origen fecal. La transmissió a l'home sembla estar associada al consum d'aliments crus o poc cuits. No obstant això, la presència d'espècies patògenes d'Arcobacter en aliments d'origen marí i vegetals ha sigut molt poc estudiada. Quan la detecció i identificació d'Arcobacter s'estableix exclusivament en funció de mètodes convencionals de cultiu, el procés resulta lent, tediós i sovint poc efectiu, i origina amb freqüència falsos negatius. Els mètodes de detecció molecular basats en l'anàlisi d'àcids nucleics, com la reacció en cadena de la polimerasa (PCR), poden suposar una alternativa més ràpida, sensible i fiable. Per tot això, en aquest treball s'ha realitzat la detecció d'Arcobacter spp. mitjançant aïllament per cultiu en placa i PCR, a partir de 100 mostres de mol·luscos i 100 de verdures. Els resultats obtinguts pels dos mètodes confirmen l'existència d'Arcobacter en les mostres. La PCR, després d'un període d'enriquiment, ha resultat ser més sensible que el cultiu per a la detecció del microorganisme en mostres de mol·luscos. En aquest treball, s'ha detectat contaminació per Arcobacter en el 71 % de les mostres de mol·luscos i el 20 % de les mostres de verdures. Els aïllats d'Arcobacter obtinguts han sigut identificats a nivell d'espècie mitjançant una anàlisi PCR-RFLP del gen 16 ARNr. Aquesta tècnica ha permès identificar les espècies A. butzleri, A. cryaerophilus i A. defluvii en els aïllats de mol·luscos. Aquesta és la primera vegada que A. defluvii és identificada en mostres de cloïsses. També és la primera vegada que es detecta Arcobacter spp. en catxels. En el cas de les verdures, s'han aïllat A. butzleri i A. cryaerophilus. Aquesta última espècie ha sigut identificada per primera vegada en aquest tipus de mostres. També s'ha estudiat la sensibilitat dels aïllats obtinguts a la ciprofloxacina i la levofloxacina. El percentatge de mostres contaminades amb soques resistents va ser del 2 % en mol·luscos i de l'1 % en verdures. 3 aïllats procedents de mol·luscos i 2 de verdures, identificats prèviament com A. butzleri, han mostrat resistència a ambdues fluoroquinolones. En tots aquests s'ha detectat l'existència d'una mutació en la posició 254 (C normal per T mutant) en la regió determinant de resistència a quinolones (QRDR) del gen gyrA. Els nostres resultats sobre la presència del patogen en els dos tipus de mostres són prou rellevants per a considerar que el consum d'aquests aliments contaminats amb Arcobacter, especialment A. butzleri, podria suposar un risc per a la salut humana. Addicionalment, en aquest treball s'ha fet una anàlisi de detecció d'Helicobacter spp. i H. pylori mitjançant PCR convencional i PCR a temps real. El gènere Helicobacter comprèn un gran nombre d'espècies considerades patògenes. L'espècie més estudiada és H. pylori, un dels patògens més comuns en humans, responsable del 90% de les úlceres pèptiques i relacionada estretament amb el desenvolupament de càncer gàstric. Encara que sembla clar que H. pylori es transmet per la via fecal-oral a través de l'aigua, la presència d'aquest bacteri en els aliments és poc coneguda. Per tant, en aquest estudi es va definir com a objectiu estudiar la presència d'aquests microorganismes en les mostres de mol·luscos i verdures. L'anàlisi mitjançant PCR convencional no va mostrar resultats positius per a la detecció d'Helicobacter spp. ni d'H. pylori. La tècnica PCR a temps real, en canvi, ha permès la detecció d'H. pylori en una mostra procedent de verdures (encisam). / Bayas Morejón, IF. (2016). Aportaciones a la epidemiología de Arcobacter y Helicobacter spp.: Aplicación de métodos moleculares a su detección e identificación en alimentos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/75087 / TESIS

La vid es un cultivo de propagación vegetativa y de gran importancia económica cuyo cultivo se distribuye mundialmente por zonas templadas. Su producción va destinada principalmente a la elaboración de vino, seguido de la producción de uva de mesa. Aunque existen miles de variedades, una decena de ellas son las que se utilizan mayoritariamente a nivel mundial lo que conlleva a una pérdida de variabilidad. Desde la llegada de la filoxera, el cultivo de la vid se realiza mediante injerto en pies resistentes a este áfido. Según la Comisión Directiva 2005/43/EC el material de propagación de vid debe estar libre de los siguientes virus: GFLV, GLRaV-1, GLRaV-3, GFkV y ArMV. En este trabajo se han evaluado y desarrollado distintas metodologías relacionadas con el cultivo in vitro de plantas encaminadas al saneamiento, multiplicación y conservación de germoplasma de vid. La conservación de variedades de vid in vitro es muy importante para complementar la conservación de germoplasma de las colecciones de campo. Para ello es importante seleccionar el material a conservar, determinar su estado sanitario, sanear si es el caso y establecer las condiciones adecuadas para su conservación. En un primer capítulo de esta tesis (Capítulo 1) se describen los ensayos realizados para inducir la embriogénesis somática en 16 variedades de vid que incluyen seis variedades infectadas con los virus GFLV, GLRaV-3 y GFkV. La embriogénesis somática ha sido descrita en vid como una metodología útil para el saneamiento de plantas infectadas con virus y es la vía común de regeneración adventicia.. En este trabajo se utiliza como material de partida semillas cortadas y se han obtenido plantas libres de virus y porcentajes de regeneración elevados en todas las variedades evaluadas. La utilización de marcadores microsatélites nos ha servido para seleccionar entre las plantas regeneradas aquellas que muestran el mismo genotipo que las plantas de partida. Por otra parte, en este trabajo se ha desarrollado un protocolo de micropropagación a partir de planta sana de la variedad 'Monastrell' cultivada in vitro obteniéndose tasas de multiplicación elevadas y plantas que se han aclimatado a condiciones de campo (Capítulo 2). El medio de cultivo MW, utilizado para el desarrollo de las plantas, se ha evaluado en otras 16 variedades y también se ha comparado el crecimiento en este medio y en variaciones de éste, como son la disminución de la concentración de azúcar a la mitad y la eliminación del ácido indolbutírico. La finalidad de estos ensayos ha sido determinar para cada variedad qué condiciones son las más adecuadas para mantener el germoplasma vegetal en cultivo in vitro activo, pero alargando el tiempo entre subcultivos optimizando costes (Capítulo 3). En el Capítulo 4 se incluye un trabajo para localizar, identificar, descartar o detectar la presencia de los virus anteriormente comentados, sanear si es el caso, y conservar in vitro las variedades de interés en las que se lleva a cabo una identificación utilizando marcadores SSR y un análisis de variabilidad genética cuando se dispone de varias accesiones. A modo de ejemplo, en este trabajo se publica el perfil de marcadores microsatélites para dos de las variedades colectadas y/o conservadas, la variedad 'Esclafacherre' ('Esclafagerres') y accesiones de 'Valencí Blanc' en las que se ha detectado diferencias para el marcador VVMD32 que agrupa las accesiones de Alicante por una parte, y al resto de accesiones por otra. También se ha validado un protocolo de crioconservación en la variedad 'Esclafacherre'. Por último, el Capítulo 5 hace referencia a un estudio llevado a cabo para determinar el estado actual de la aplicación de la transformación genética en vid, centrándonos en los factores limitantes de las metodologías empleadas. La transformación genética es una herramienta de gran potencial para la mejora de los cultivos, principalmente en plantas de p / Grapevine is a crop of vegetative propagation with great economical importance which is distributed worldwide in temperate zones. It is mainly used for wine and table grape production. Despite the fact thousands of varieties exist only few are commonly used, producing a loss of variability. Since the arrival of the phylloxera aphid the grapevine culture is performed using resistant rootstocks. The Directive Commission 2005/43/EC amending the Directive Council annexes 68/193/EEC, indicates that grapevine material should be free of these viruses: Grapevine fanleaf virus (GFLV), Grapevine leafroll associated virus 1 (GLRaV-1), Grapevine leafroll associated virus 3 (GLRaV-3), Grapevine fleck virus (GFkV) and Arabis mosaic virus (ArMV). In this work different methodologies related with in vitro culture were evaluated and developed with the aim of sanitate, mutiplicate and preserve grapevine germplam. In vitro preservation of grapevine varieties is a complementary stratregy of field preservation. In a preservation program it is important the selection of the starting material, determine its sanitary status, sanitate if it is necessary and, establish the appropriate in vitro conditions for its preservation. In the first chapter of this thesis (Chapter 1) the assays carried out for inducing somatic embryogenesis in 16 grapevine varieties which include six that were infected by the viruses GFLV, GLRaV-3 and GFkV are described. In grapevine, somatic embryogenesis has been described as a usefull methodology for virus sanitation and is the common pathway to adventitious regeneration. Efficient regeneration prototocols are necessary to address breeding by genetic transformation. In this work, cut seed are used as starting material and virus-free plants and high precentages of regeneration were obtained in all the varieties evaluated. The use of microsatellite markers has been useful to select those plants with the same genotype than the mother plant. From the other side, in this work, a micropropagation protocol starting from a healthy plant of the cultivar 'Monastrell' was developed and high multiplication rates with good adaptation to field conditions were obtained (Chapter 2). The culture medium MW was evaluated in 16 grapevine varieties as well as the following modifications: reduction in a half of the sugar content and elimination of the Indolebutyric Acid. The aim of these assays was to determine for each variety which conditions are the most appropiate to maintain in active in vitro culture this germplasm, lengthen the time between subcultures for reducing costs (Chapter 3). In Chapter 4 it is included a divulgation report that summarized the steps followed in the MINECO proyect CGL2015-70843-R for localizing and identifying grapevine varieties; discard or detect the presence of the viruses, sanitizing if it is necessary and, conserve in vitro the most interesting accessions. Microsatellite markers were used for genotyping. Analysis of variability were performed when several accessions were available. As an example, in this work it is published the microsatellite profile for two accessions of the endangered cultivar 'Esclafacherre' ('Esclafagerres') localized in two fields of the Valencian Community, and those of several accessions of 'Valencí Blanc' which differed for the VVMD32 marker, grouping the Alicante accessions and the rest of accessions from other origins. It was also validated a cryoconservation protocol for the 'Esclafacherre' variety. By last, Chapter 5 makes reference to a review performed with the goal to know the state of the art of genetic transformation in grapevine focusing on the main limiting factors of the employed methodologies. Genetic transformation is a potential tool for crop breeding, mainly in vegetative propagation plants. / La vinya és un cultiu de propagació vegetativa i de gran importància econòmica que es distribueix mundialment per zones temperades. La seua producció va destinada principalment a l'elaboració de vi, seguit de la producció de raïm de taula. Encara que existeixen milers de varietats, una desena d'elles son les que s'utilitzen majoritàriament a nivell mundial, el que comporta una pèrdua de variabilitat. Des de l'arribada de la fil·loxera, el cultiu de vinya es realitza mitjançant l'ampelt en peus resistents a aquest àfid. Segons la Comissió Directiva 2005/43/EC, el material de vinya ha d'estar lliure dels següents virus: GFLV, GLRaV-1, GLRaV-3, GFkV i ArMV. En este treball s'han avaluat i desenvolupat diferents metodologies relacionades amb el cultiu in vitro de plantes encaminades al sanejament, multiplicació i conservació de germoplasma de raïm. La conservació de varietats de raïm in vitro és molt important per a complementar la conservació de germoplasma en les col·leccions de camp. En el primer capítol d'esta tesi (Capítol 1) es descriuen els assaigs realitzats per a induïr l'embriogènesi somàtica en 16 varietats de raïm que inclouen sis varietats infectades amb els virus GFLV, GLRaV-3 i GFkV. En vinya, l'embriogènesi somàtica ha sigut descrita com una metodologia útil per al sanejament de plantes infectades amb virus i és la via comú de regeneració adventícia. En este treball s'utilitza com a material de partida llavors tallades i s'han obtingut plantes lliures de virus i percentatges de regeneració elevats en totes les varietats avaluades. La utilització de marcadors microsatèl·lits ens ha servit per a seleccionar entre les plantes regenerades aquelles que mostren el mateix genotip que les plantes de partida. Per altra banda, en este treball s'ha desenvolupat un protocol de micropropagació a partir de planta sana de la varietat 'Monastrell' cultivada in vitro, obtenint-se taxes de multiplicació elevades i plantes que s'han aclimatat a condicions de camp (Capítol 2). En el medi de cultiu MW, utilitzat per al desenvolupament de les plantes, s'han avaluat un total de 16 varietats i també s'ha comparat el creixement en este medi i en variacions d'este, com son la disminució de la concentració de sucre a la meitat i la eliminació de l'àcid indolbutíric. La finalitat d'estos assaigs ha sigut determinar per a cada varietat quines condicions són les més adequades per a mantindre el germoplasma vegetal en cultiu in vitro actiu però allargant el temps entre subcultius i optimitzant costos (Capítol 3). En el Capítol 4 s'inclou un treball de divulgació per a localitzar, identificar, descartar o detectar la presència dels virus anteriorment comentats, sanejar si cal, i conservar in vitro les varietats d'interés en les que es porta a cap una identificació utilitzant marcadors SSR i l'anàlisi de la variabilitat genètica quan es disposa de diverses accessions. A mode d'exemple, en estre treball es publica el perfil de marcadors microsatèl·lits per a dos de les accessions col·lectades de la varietat en perill d'extinció 'Esclafacherre' ('Esclafagerres'). També, es mostra el genotipat d'accessions de 'Valencí Blanc' en les que s'han detectat diferències per al marcador VVMD32 que agrupa les accessions d'Alacant per una banda, i a la resta d'accessions per altra. També s'ha validat un protocol de crioconservació en la varietat 'Escalfacherre'. Per últim, el Capítol 5 fa referència a un estudi portat a terme per a determinar l'estat actual de l'aplicació de la transformació genética en raïm, centrant-nos en els factors limitants de les metodologies empleades. La transformació genética és una ferramenta de gran potencial per a la millora dels cultius, principalment en plantes de propagació vegetativa. / San Pedro Galán, TM. (2017). Desarrollo y aplicación de técnicas biotecnológicas para el saneamiento, multiplicación, caracterización y conservación de germoplasma de vid (Vitis vinifera L.) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94622 / TESIS

En esta tesis se han desarrollado diferentes dispositivos de liberación controlada, utilizando materiales híbridos, y su aplicación como puerta nanoscópica molecular. Se describe en primer lugar, un método de liberación controlada para la vitamina B2 o riboflavina (vitamina hidrosoluble necesaria para el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno) a través del uso de puertas nanoscópicas moleculares preparadas mediante el anclaje de agrupaciones poliaminicas en la superficie externa de los poros de sólidos mesoporosos, que actúan como puerta molecular. El pH y la presencia de ciertos aniones van a controlar el estado abierto/cerrado de la puerta y van a permitir la liberación de la vitamina, la cual esta encapsulada en el interior de los poros. En medio ácido los grupos amino de la superficie se protonan adquiriendo cargas positivas y, como consecuencia, aparecen repulsiones electrostáticas que mantienen cerrada la puerta. A pH neutro, por la ausencia de repulsiones electrostáticas, la puerta se encuentra abierta, produciéndose la liberación de la vitamina. En segundo lugar, se describe el desarrollo, síntesis, caracterización y funcionamiento de un material mesoporoso. Este material esta cargado con un colorante y funcionalizado con un disacárido, que actúa como puerta nanoscópica molecular, el cual se abre en presencia de una enzima intestinal. El sólido esta formado por un material mesoporoso, MCM-41, cargado con el colorante [Ru(bipi)3]2+ y funcionalizado con un alcoxisilano derivado del disacárido lactosa. Debido al impedimento estérico que representa ese azúcar, la salida de los poros se encuentra bloqueada. La presencia en la disolución de una ß-D-galactosidasa capaz de hidrolizar el enlace O-glucosídico que une a los monosacáridos de la lactosa, es capaz de abrir los poros permitiendo así la liberación del colorante. En tercer lugar, se describe la síntesis de / Bernardos Bau, A. (2011). Desarrollo y síntesis de materiales híbridos, para la liberación controlada de moléculas bioactivas [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27151 / Palancia

El Centro de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad (COMAV) de la Universidad Politécnica de Valencia alberga una de las colecciones más importantes de entradas del género Lycopersicon, incluyendo el tomate cultivado (Lycopersicon esculentum, L. esculentum var. cerasiforme) y sus especies silvestres relacionadas (L. cheesmanii, L. pimpinellifolium, L. hirsutum, L. pennellii, L. chmilewskii, L. parviflorum L. peruvianum y L. chilense). A pesar de ser el tomate una de las hortalizas de mayor importancia económica a nivel mundial, siguen existiendo ambigüedades en su taxonomía así como dudas sobre su domesticación. De hecho, se observan en muchas ocasiones formas intermedias entre el tomate cultivado y la variedad botánica cerasiforme, así como entre la forma cerasiforme y la especie L. pimpinellifolium. Igualmente se han detectado formas intermedias entre L. pimpinellifolium y la especie L. cheesmanii, endémica de las islas Galápagos. Estas especies constituyen el subgénero Eulycopersicon, interfértiles con el tomate cultivado. De ellas, la variedad botánica cerasifrome está considerada como el ancestro del tomate y se ha comprobado la existencia de fenómenos de introgresión entre L. pimpinellifolium y el tomate. Las teorías sobre la domesticación del tomate no son únicas, oponiéndose las teorías de Jenkins (1948) y Rick (1958) frente a las más recientes de Rick y Fobes (1975) y Rick y Holle (1990). Para contribuir a la clarificación de estos aspectos, en la presente Tesis Doctoral se persiguen los siguientes objetivos: 1.- Estudio de la variabilidad morfológica y molecular de estas especies 2.- Esclarecimiento de las relaciones filogenéticos entre las especies del subgénero Eulycopersicon. 3.- Establecimiento de estrategias de conservación de estas especies y en especial de Lycopersicon pimpinellifolium, para la que se han descrito diferencias importantes en el grado de alogamia. 4.- Inicio de la formación de una colección nuclear en la colección de entradas de L. pimpinellifolium del COMAV / Domingos, JP. (2003). Análisis de la variabilidad en las especies del subgénero Eulycopersicon más relacionadas con el tomate cultivado [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10914 / Palancia

La presente tesis doctoral, titulada "Diseño de scaffolds inteligentes para la prevención y tratamiento de la infección ósea", se centra en el desarrollo de materiales híbridos orgánico-inorgánicos capaces de realizar una liberación controlada de fármacos con fines biomédicos. En el primer capítulo, se presenta una introducción general sobre química supramolecular, materiales híbridos orgánico-inorgánicos y materiales porosos. En el segundo capítulo, se presentan tres proyectos sobre el diseño de puertas moleculares. En el primero, se muestran dos sistemas basados en el uso de un vidrio mesoporoso que actúa como soporte inorgánico, cargado y funcionalizado con moléculas orgánicas para llevar a cabo una liberación controlada de sustancias. La primera puerta molecular está compuesta por aminas y adenosín 5'-trifosfato (ATP), y la segunda está formada por 3-(trietoxisilil)propilisocianato unido a polímeros de ε-poli-L-lisina. Los dos sistemas se han caracterizado por resonancia magnética nuclear en estado sólido (RMN) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). También se han estudiado las propiedades bioactivas de ambos materiales. Después, ambas puertas moleculares se han implementado en sólidos cargados con el objetivo de demostrar se podía realizar una liberación controlada de la carga. En el primer caso, el soporte mesoporoso se ha cargado con doxorubicina y se ha tapizado con moléculas de ATP. El sistema se ha validado in vitro con células humanas de osteosarcoma (HOS). En el segundo caso, el soporte mesoporoso se ha cargado con levofloxacino y se ha tapizado con ε-poli-L-lisina, y el sistema se validado con bacterias E.coli. Una vez descritos estos sistemas, se presenta una segunda publicación donde también se utiliza la puerta molecular de ATP. En este caso, el vidrio mesoporoso bioactivo que actúa como soporte inorgánico tiene una composición de 80%SiO2-15%CaO-5%P2O5, y se ha cargado con levofloxacino con el objetivo de conseguir propiedades antibióticas. El sólido se ha caracterizado mediante las técnicas correspoondientes, y se han estudiado sus propiedades bioactivas. Finalmente, se han utilizado bacterias E.coli para demostrar que el sólido posee actividad antibiótica, y es capaz de llevarala a cabo solo en presencia de fosfatasa ácida. El tercer proyecto presentado consiste en un soporte de MCM-41cargado con un colorante y funcionalizado con una secuencia peptídica que actúa como puerta molecular. El estímulo usado en este caso es la proteasa V8, típica del microorganismo S. aureus. El sistema ha sido correspondientemente caracterizado, y se han testado sus propiedades de liberación controlada de sustancias in vitro, demostrando la eficiencia del diseño. En el tercer capítulo, se utiliza un derivado de un componente de aceites esenciales (vanillina) para funcionar microesferas y scaffolds de fosfato de calcio, para dotarlos de propiedades antibióticas. En primer lugar, se ha sintetizado y se ha caracterizado el compuesto derivado de la vanillina, y se ha anclado en la superficie de los materiales de fosfato cálcico. Después, se han estudiado las propiedades antimicrobianas de ambos materiales en presencia de bacterias E.coli. También se han llevado a cabo ensayos de citotoxicidad con células tipo-fibroblasto L929 ynsayos de biocompatibilidad con células humanas tipo-osteoblasto MG-63, demostrando que las propiedades osteoregenerativas de los materiales originales no se ven modificadas tras el proceso de funcionalización. En resumen, se puede concluir que los resultados obtenidos a lo largo de esta tesis han contribuido al campo de los materiales de liberación controlada y de los materiales con efecto antibactérico. Estos nuevos diseños pueden ser clave en futuras aplicaciones para la investigación biotecnológica y biomédica, particularmente en terapias para la regeneración y contra la infección ósea. / This thesis, entitled "Design of smart scaffolds for the treatment and prevention of bone infection", is focused on the development of smart organic-inorganic hybrid materials capable of perform controlled-delivery of drugs with biomedical purposes. In the first chapter, a general introduction about supramolecular chemistry, organic-inorganic hybrid materials and porous materials is given. The characterization and applications of porous materials are extensively explained, since those contents are highly related to the developing of this thesis. In the second chapter, three projects based on the design of gated devices are presented. In the first publication, two gated systems based on the use of a mesoporous silica material as an inorganic support, loaded and functionalised with organic molecules to achieve a controlled drug release are studied. The first molecular gate is composed by amino moieties and adenosine 5'-triphosphate (ATP), and the second one is composed by 3-(triethoxysilyl)propylisocyanate linked to ε-poly-L-lysine polymers. The two systems were characterized by solid state nuclear magnetic resonance (NMR) and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The bioactivity capabilities of the materials were also studied. Then, both molecular gates have been implemented in loaded solids in order to demonstrate their controlled-release capabilities. In a first case, the mesoporous support was loaded with doxorubicin and capped with ATP molecules, and the system has been validated in a human osteosarcoma cell culture test. In a second case, the mesoporous support was loaded with levofloxacin and capped with the ε-poly-L-lysine molecular gates, and the system has been validated with E.coli bacteria. Once these two systems are described, a second project with the ATP molecular gates is presented. In this case, the mesoporous bioactive glass which acts as support has a composition of 80%SiO2-15%CaO-5%P2O5, and it has been loaded with levofloxacin with the purpose of killing bacteria. The solid has been characterized by corresponding techniques, and its bioactive properties have been studied. Finally, E.coli bacteria have been used to demonstrate that the solid is able to perform an antimicrobial activity only in the presence of acid phosphatase. The third project consists of a MCM-41 support loaded with a dye and capped with a peptide sequence. The trigger used in this case is the V8 protease, typical of the microorganism S. aureus. The system has been correspondingly characterized, and its drug release properties in vitro have been tested, demonstrating the efficiency of the design. In the third chapter, calcium phosphate microspheres and scaffolds have been functionalised with an essential-oil component derivative in order to achieve antibacterial properties. First, the vanillin-derivative has been synthesized and characterised, and in a second step, it has been attached to the surface of the calcium phosphate materials. Then, the antimicrobial properties of both materials have been tested against E.coli bacteria. Cytotoxicity assays with L929 fibroblast-like cells have been performed in order to demonstrate that the functionalized scaffolds did not perform a cytototxic effect. Finally, biocompatibility assays have been made with MG-63 human osteoblast-like cells, demonstrating that the functionalization of the scaffolds with vanillin do not affect their osteoregenerative properties. To sum up, it can be concluded that the results obtained in this thesis have contributed to the field of stimuli-responsive materials and antibacterial devices. The new designs could be key in the development of future applications in biotechology and biomedical research, particularly in bone infection and bone regeneration therapeutics. / La present tesi doctoral, titulada "Disseny de scaffolds intel·ligents per la prevenció i tractament de la infecció òssia", es centra en el desenvolupament de materials híbrids orgànic-inorgànics capaços de realitzar una lliberació controlada de fàrmacs amb propòsits biomèdics. En el primer capítol, es presenta una introducció general sobre química supramolecular, materials híbrids orgànic-inorgànics i materials porosos. També s'explica extensivament la caracterització i les aplicacions d'aquests materials, ja que estos continguts estan altament relacionats amb el desenvolupament d'aquesta tesi. En el segon capítol, es presenten tres projectes sobre el disseny de portes moleculars. En el primer, es mostren dos sistemes basats en l'ús d'un vidre mesoporós que actua com a suport inorgànic, carregat i funcionalitzat amb molècules orgàniques per a dur a terme una lliberació controlada de substàncies. La primera porta molecular està formada per amines i adenosín 5'-trifosfat (ATP), i la segona està formada per 3-(trimetoxisilil)propilisocianat unit a polímers de ε-poli-L-lisina. Els dos sistemes s'han caracteritzat per resonància magnètica nuclear en estat sòlid (RMN) i espectroscopia infrarroja per transformada de Fourier (FTIR). També s'han estudiat les propietats bioactives de ambdós materials. Després, ambdues portes moleculars han sigut implementades en sòlids carregats amb l'objectiu de demostrar que es pot realitzar una lliberació controlada de la càrrega. En el primer cas, el suport mesoporós s'ha carregat amb doxorrubicina, i el sistema s'ha validat in vitro amb cèl·lules humanes d'osteosarcoma (HOS). En el segon cas, el suport mesoporós s'ha carregat amb levofloxací i s'ha entapissat amb ε-poli-L-lisina; el sistema s'ha validat amb bacteris E.coli. Una volta descrits aquests sistemes, es presenta una segona publicació on també s'utilitza la porta molecular d'ATP. En aquest cas, el vidre mesoporós bioactiu que actua com a suport inorgànic té una composició de 80%SiO2-15%CaO-5%P2O5., y s'ha carregat amb levofloxací amb l'objectiu d'aconseguir propietats antibiòtiques. El sòlid s'ha caracteritzat mitjançant les tècniques corresponents, i s'han estudiat les seues propietats bioactives. Finalment, s'han utilitzat bacteris E.coli per demostrar que el sòlid posseïx activitat antibiòtica, i que és capaç de dur-la a terme solament en presència de fosfatasa àcida. El tercer projecte presentat consisteix en un suport de MCM-41 carregat amb un colorant i funcionalitzat amb una seqüència peptídica que actua com a porta molecular. L'estímul utilitzat en aquest cas és la proteasa V8, típica del microorganisme S. aureus. El sistema ha sigut corresponentment caracteritzat, i s'han testat les seues propietats de lliberació controlada de substàncies in vitro, demostrant l'eficàcia del disseny. En el tercer capítol, s'ha utilitzat un derivat d'un component d'olis essencials (vanil·lina) per funcionalitzar microesferes i scaffolds de fosfat de calci amb l'objectiu de dotar-los de propietats antibiòtiques. En primer lloc, s'ha sintetitzat y caracteritzat el compost derivat de la vanil·lina, i s'ha unit a la superfície dels materials de fosfat càlcic. Després, s'han estudiar les propietats antimicrobianes d'ambdós materials en presència de bacteris E.coli. S'han dut a terme assajos de citotoxicitat amb cèl·lules tipus fibroblast L929i assajos de biocompatibilitat amb cèl·lules humanes tipus-osteoblast MG-63, demostrant que les propietats osteoregeneratives dels materials originals no es veuen modificades després del procés de funcionalització. En resum, es pot concluir que els resultats obtinguts en aquesta tesi han contribuït al camp dels materials de lliberació control·lada i materials amb propietats antibacterianes. Els nous dissenys poden ser claus per al desenvolupament de futures aplicacions en la recerca biotecnològica i bi / Polo Aguado, L. (2018). Design of smart scaffolds for the treatment and prevention of bone infection [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111824 / TESIS

El cultivo de variedades de colza (Brassica napus) con resistencia a herbicidas en nuestro país presenta el riesgo de transferencia de esa característica a especies silvestres emparentadas. Una de estas especies es el nabo silvestre (B. rapa), una importante maleza de los cultivos de invierno que se encuentra ampliamente distribuida en la región pampeana. Debido a esto, actualmente se encuentra prohibida la introducción de semilla de colza transgénica en el país. Resulta crucial evitar la dispersión de nuevos biotipos de malezas resistentes debido a que disminuyen la efectividad de las tecnologías de control químico disponibles. En el año 2008, en el partido de Balcarce, se encontró una población de B. rapa en simpatría con un cultivar de colza resistente a imidazolinonas y otro susceptible. Además, en diferentes sitios de la provincia de Buenos Aires se han hallado recientemente poblaciones del genero Brassica con resistencia a glifosato. Los objetivos generales de esta tesis fueron abordar el estudio de flujo génico desde B. napus hacia la maleza B. rapa, determinar la presencia y transferencia de resistencia a herbicidas, y efectuar la caracterización morfológica y molecular de los individuos resistentes. Para desarrollar estos objetivos se realizaron actividades experimentales que permitieron determinar el grado de hibridación entre las especies, en particular entre la maleza y el cultivar resistente a herbicidas, se identificaron caracteres morfológicos intermedios, se realizó una caracterización molecular sobre los presuntos híbridos interespecíficos, y se evaluó la perdurabilidad del rasgo de resistencia en el ambiente estudiado. Por otro lado, se relevó la presencia de nuevas poblaciones con resistencia a glifosato, se investigó el origen molecular de la resistencia y se evaluó la presencia de resistencia múltiple a glufosinato de amonio. En última instancia, se propusieron medidas de prevención y control. Los resultados obtenidos comprobaron la hibridación entre B. napus y B. rapa en el área principal de cultivo de la Argentina. Los híbridos heredaron caracteres fenotípicos de ambos parentales y el carácter de resistencia a imidazolinonas fue efectivamente transferido desde la colza cultivada. No obstante, el rasgo desapareció al cabo de un año post-hibridación indicando que ante la ausencia de presión de selección por herbicida, la menor aptitud biológica de los híbridos, la competencia con otro cultivo y la rotación del mecanismo de acción de los herbicidas afectaron considerablemente la perdurabilidad de estos individuos. En la evaluación de poblaciones resistentes a glifosato provenientes de distintos sectores de la región pampeana, se confirmó el origen transgénico de la resistencia. Por otro lado, no se detectaron poblaciones con resistencia múltiple al herbicida glufosinato de amonio. / Herbicide-resistant rapeseed (Brassica napus) cultivation in our country entails the risk of gene transfer into wild relative species. One of this species is wild turnip (B. rapa), an important winter crops’ weed, widely distributed in the Pampean region. Thus, transgenic rapeseed is forbidden in the country. It is crucial to avoid dispersion of new resistant weed biotypes as they reduce the effectiveness of chemical control technologies. In 2008, a B. rapa population which was sympatric to an imidazolinone-resistant rapeseed cultivar and a susceptible one, was found in Balcarce county. Furthermore, in different sites of Buenos Aires province, glyphosate-resistant Brassica sp. populations have recently been found. The objectives of this thesis were to study the gene flow from B. napus to B. rapa weed, to establish the presence and transfer of herbicide-resistance and to perform a morphological and molecular characterization of resistant individuals. In order to achieve this objectives, experimental activities where developed. They established the degree of hybridization between species, particularly amongst the weed and the herbicide-resistant cultivar, intermediate morphological characters were identified, a molecular characterization was performed upon the putative interespecific hybrids and the resistant trait persistence was assessed in the studied environment. Moreover, the presence of new glyphosate-resistant populations was screened, the molecular origin of the resistance was investigated and the presence of multiple resistance to glufosinate was evaluated. Ultimately, prevention and control measures were proposed. The results confirmed hybridization between B. napus and B. rapa in Argentina’s main crop area. The hybrids inherited phenotypic characters from both parents and the herbicide-resistant trait was successfully transferred from rapeseed. In spite of this, resistant-trait disappeared after a year post-hybridization showing that without herbicide selection pressure, hybrid fitness, competition with another crop and rotation on the mechanism of action had a significant relevance on these individuals’ persistence. Transgenic origin was verified on glyphosate-resistant populations from different parts of the Pampean region. Conversely, no glufosinate-resistant populations were detected.

En la presente tesis se estudian procesos de ionización de distintos blancos por impacto de electrones y positrones, a nivel plenamente diferencial. El cálculo de secciones eficaces se realiza mediante métodos de onda distorsionada y los resultados obtenidos se comparan con datos experimentales y otros modelos teóricos. Se realizan distintas aproximaciones a la descripción del estado final de la colisión, en función del blanco involucrado. Comenzando por estudiar la molécula de H2O, se observó que para electrones incidentes con una energía de 81 eV, aproximar al ion molecular como un único centro de carga +1 en el estado final predice correctamente las estructuras experimentales, pero que al reducir esta energía a 65 eV, el modelo sobreestima la emisión electrónica hacia ángulos grandes, respecto de la dirección del haz incidente. En este sentido, se realizó una segunda aproximación, promediando esféricamente la interacción de las partículas en el continuo con el ion molecular, la cual mejora la descripción de esta emisión electrónica, aunque solamente para momentos transferidos bajos. Además, analizando la influencia del signo de carga del proyectil, se observó que es de vital importancia considerar explícitamente la interacción post-colisional en el cálculo de la amplitud de transición. Por otra parte, analizando la simple ionización de la molécula de C4H8O por impacto de electrones a una energía de 250 eV, y a través de estos modelos monocéntricos, se observó que promediar esféricamente el potencial anisotrópico en el estado final, mejora la descripción de las estructuras experimentales respecto de considerar un único centro de carga +1, pero sin lograr un acuerdo perfecto en todas las direcciones de emisión. En consecuencia, se introdujo una aproximación multicéntrica al ion molecular, la cual fue implementada para analizar la simple ionización de moléculas orientadas de H2 por impacto de electrones a una energía de 54 eV. En este caso, se observó que el modelo introducido provee una buena descripción de las estructuras experimentales para condiciones energéticas simétricas de emisión, mejorando la predicha por los modelos monocéntricos. Por último, se realizó un análisis diferencial de la ionización del átomo de hidrógeno embebido en plasmas débilmente acoplados a energías de impacto de 80 y 150 eV, donde se incluyó el efecto de apantallamiento entre los tres pares de partículas del estado final. Los resultados obtenidos sugieren que la emisión electrónica se ve fuertemente afectada por el grado de apantallamiento del entorno, para distintas condiciones cinemáticas, e indicando un pérdida del mecanismo de interacción post-colisional. / The present thesis investigates ionization processes of various targets by electron and positron impact, at a fully differential level. The cross sections are calculated by means of distorted wave methods, benchmarking the obtained results with experimental data and other theoretical models. Different approximations to the description of the final state of the collision process are made, according to the target involved. Starting with the study of the H2O molecule, it was observed that for incident electrons with an energy of 81 eV, approximating the molecular ion as a single center of charge +1 in the final state, correctly predicts the experimental structures. However, when this energy is reduced to 65 eV, this model overestimates the electronic emission towards large angles, with respect to the incident beam direction. In this regard, a second approximation was made, spherically averaging the interaction between the continuum particles and the molecular ion, which improves the description of this electronic emission, but only for low momentum transfers. In addition, analyzing the influence of the projectile charge sign, it was observed that it is vital to explicitly consider the post-collisional interaction in the calculation of the transition amplitude. On the other hand, the simple ionization of the C4H8O molecule by electron impact at an energy of 250 eV was analyzed, by means of these monocentric models, observing that spherically averaging the anisotropic potential in the final state improves the description of the experimental structures compared to considering a single center of charge +1, but without achieving perfect agreement in all emission directions. Consequently, a multicentric approximation to the molecular ion was introduced, which was implemented to analyze the simple ionization of H2 oriented molecules by electron impact at an energy of 54 eV. In this case, it was observed that the anisotropic model provides a good overall description of the experimental structures for symmetric emission energy conditions, improving the results obtained by means of monocentric models. Finally, a differential analysis of the ionization of the hydrogen atom embedded in weakly coupled plasmas at impact energies of 80 and 150 eV was performed, including the screening effect among the three pairs of particles in the final state. The obtained results suggest that electronic emission is strongly affected by the degree of screening of the environment, for different kinematic conditions, indicating a loss of the post-collisional interaction mechanism.

El desarrollo de nuevos fármacos constituye un área de investigación fundamental en la medicina moderna. Más allá de los vertiginosos avances científicos en informática molecular y bioquímica que abonan a su mejora continua, la inversión en tiempo y recursos es sumamente elevada, en contraste a su exigua tasa de éxito. Las estrategias computacionales juegan un rol clave en la optimización y eficiencia de las múltiples tareas involucradas en el desarrollo de medicamentos, que abarcan desde la representación molecular y el modelado predictivo de bioactividad hasta el cribado virtual de fármacos y el diseño de nuevas estructuras químicas. El objetivo de esta tesis se centró en el desarrollo y aplicación de estrategias computacionales novedosas basadas en aprendizaje profundo para contribuir a la optimización de las diversas etapas del descubrimiento de nuevos medicamentos. Las contribuciones de la presente tesis parten de un análisis crítico y permanente del estado del arte en informática molecular e involucran el diseño de nuevas estrategias aplicando conceptos y desarrollos de vanguardia en aprendizaje profundo. Como resultado de este trabajo, se lograron propuestas novedosas alineadas en tres ejes fundamentales del proceso de desarrollo de fármacos: representaciones moleculares, modelado predictivo de bioactividad, y analítica visual aplicada a cribado virtual de fármacos. En materia de modelado predictivo de bioactividad, desarrollamos enfoques de modelado QSAR capaces de alcanzar rendimientos predictivos superiores a los previamente reportados para un gran número de propiedades de relevancia en el área, sin necesidad de realizar selección de características. Propusimos un enfoque de definición del dominio de aplicabilidad químico para dichos modelos eficaz en la determinación del rango de confiabilidad de las predicciones, y desarrollamos una estrategia para brindar interpretabilidad a modelos QSAR basados en redes neuronales. Además, experimentamos con aprendizaje profundo multi-tarea, logrando un enfoque pionero para el modelado de mutagenicidad de Ames, que permite el aprendizaje conjunto de información de diferentes blancos farmacológicos, superando en rendimiento a los resultados previamente publicados. En el área de representación molecular, desarrollamos un riguroso trabajo de investigación y análisis comparativo de diversas estrategias de representación molecular tradicionales y basadas en aprendizaje profundo. Propusimos un diseño experimental para la comparación y evaluación del desempeño de dichas representaciones en modelado QSAR, cuyos resultados evidenciaron la importancia de la selección cuidadosa de la representación elegida y proporcionan un marco de referencia para posteriores estudios similares. Por último, presentamos una herramienta integral de analítica visual para cribado virtual que integra diferentes fuentes de información química y representaciones moleculares complementarias. Esta herramienta interactiva demostró ser eficaz en la asistencia a expertxs de química medicinal para la exploración visual de patrones de similitud estructural en grandes conjuntos de datos químicos y para el diseño de nuevos compuestos candidatos. / The development of new drugs constitutes a fundamental research area in modern medicine. Beyond the rapid scientific advances in molecular informatics and biochemistry, which contribute to its continuous improvement, the investment in time and resources is extremely high, in contrast to its limited success rate. Computational strategies play a key role in optimizing and streamlining the multiple tasks involved in drug development, ranging from molecular representation and predictive modeling of bioactivity profiles, to virtual drug screening and the design of novel chemical structures. The goal of this thesis focused on the development and application of novel computational strategies based on deep learning to contribute to the optimization of the many stages involved in the drug discovery process. The contributions of this thesis stem from a critical and ongoing analysis of the state of the art in molecular informatics and involve the design of new strategies by applying recent concepts and developments in deep learning. As a result of this work, we achieved a series of innovative proposals which align to three fundamental cornerstones of the drug development process: molecular representation, predictive modeling of bioactivity profiles, and visual analytics applied to virtual drug screening. In the field of predictive bioactivity modeling, we developed QSAR modeling approaches that achieved higher predictive performances than those previously reported for numerous relevant biochemical properties, while at the same time overcoming the need for a feature selection step. We proposed an approach to define the chemical applicability domain for these models, effectively determining the reliability range of predictions, and developed a strategy to provide interpretability to QSAR models based on neural networks. Additionally, we experimented with multi-task deep learning, achieving a pioneering approach for modeling Ames mutagenicity that allows the joint learning of information from different pharmacological targets, which outperformed previously published results. In the field of molecular representation, we conducted a rigorous research and comparative analysis of various traditional and deep learning-based molecular representation strategies. We proposed an experimental design for the comparison and evaluation of the performance of these representations in QSAR modeling, and the results highlighted the importance of carefully selecting the molecular representation for each task, while also providing a reference framework for subsequent similar studies. Finally, we introduced a comprehensive visual analytics tool for virtual screening that integrates different sources of chemical information and complementary molecular representations. This interactive tool proved to be effective in assisting medicinal chemistry experts in visually exploring structural similarity patterns in large chemical datasets and in the design of new candidate compounds.

[ES] La tesis doctoral titulada «Nanomotores Janus platino-sílice mesoporosa como plataforma para la entrega de fármacos en aplicaciones biomédicas» se centra en el desarrollo de una nanopartícula multifuncional autopropulsada (nanomotor). El nanomotor se basa en una nanopartícula Janus integrada por una nanopartícula de platino (Pt) y una nanopartícula mesoporosa de sílice (MSN) y es capaz de propulsarse y liberar fármacos de forma controlada. La cara de Pt es responsable del movimiento mediante la catálisis de H2O2 en O2, mientras que, la cara de MSN es responsable de la entrega de la carga ante el reconocimiento de estímulos específicos. El objetivo del trabajo es emplear la fuerza motriz de los nanomotores para difundir a través de barreras biológicas (BB), favoreciendo la entrega de fármacos en localizaciones diana de difícil acceso. En concreto, la zona interna de las biopelículas bacterianas y los tumores sólidos, que en ambos casos está protegida por una matriz extracelular (ECM) prácticamente impenetrable. El nanomotor Janus Pt-MSN se sintetiza de forma toposelectiva mediante la técnica de emulsión de Pickering. En primer lugar, se carga con una molécula modelo y se funcionaliza con una puerta molecular sensible a estímulos redox, unida a la superficie de la cara de MSN mediante enlaces disulfuro. Los resultados confirman la estructura del nanomotor (tipo «muñeco de nieve») y su doble funcionalidad: difusión incrementada en respuesta a H2O2 y salida selectiva de la carga en respuesta a una especie redox (glutatión). En segundo lugar, el nanomotor se carga con el antiséptico clorhexidina y sus poros se bloquean con una nanoválvula sensible al pH, formada por un complejo de inclusión establecido entre grupos benzimidazol y ¿-ciclodextrinas unidas a la proteasa ficina. La puerta molecular es capaz de hidrolizar los componentes de la ECM e inducir la liberación de la carga a pH ácido, rasgo característico de la zona interna de las biopelículas. Los experimentos realizados prueban que la triple funcionalidad sinérgica del nanomotor resulta en la eliminación de los microorganismos de las biopelículas endodónticas. A continuación, se propone un nanomotor propulsado por glucosa, ya que existe una urgente necesidad de emplear combustibles biocompatibles y biodisponibles para evitar efectos nocivos en los pacientes. Para ello, se une la enzima glucosa oxidasa a la cara mesoporosa del nanomotor mediante enlaces amida. La enzima desempeña una doble función. Por una parte, constituye el primer elemento de la cascada que induce el movimiento, al catalizar la transformación enzimática de glucosa en H2O2. Finalmente, el H2O2 es descompuesto por la cara de Pt propulsando al nanomotor. Por otra parte, actúa como puerta molecular sensible a proteasas, induciendo la liberación del fármaco doxorrubicina en los lisosomas. Los resultados obtenidos evidencian la habilidad del nanomotor para eliminar las células cancerosas de los tumores sólidos. Las conclusiones de esta tesis doctoral se resumen en que se ha logrado materializar un nanomotor muy versátil con 2 ventajas prominentes: (i) amplia área catalítica capaz de inducir una difusión incrementada y (ii) amplia área susceptible de ser funcionalizada con puertas moleculares. Además, se ha demostrado la capacidad de los nanomotores para atravesar BB, logrando un efecto terapéutico en infecciones endodónticas y cáncer. También se ha probado que el efecto es mayor que el causado por los componentes de los nanomotores independientemente y por nanopartículas control privadas de alguno de sus elementos. Esperamos que estos datos contribuyan al desarrollo de nuevas estrategias o a la mejora de las ya existentes para solventar el reto de la entrega de agentes terapéuticos en áreas enfermas inaccesibles, un problema clínico sin solución en la actualidad. / [CA] La tesi doctoral titulada «Nanomotors Janus platí-sílice mesoporosa com a plataforma per a l'alliberament de fàrmacs en aplicacions biomèdiques» se centra en el desenvolupament d'una nanopartícula multifuncional autopropulsada (nanomotor). El nanomotor es basa en una nanopartícula Janus integrada per una nanopartícula de platí (Pt) i una nanopartícula mesoporosa de sílice (MSN) i és capaç de propulsar-se i alliberar fàrmacs de manera controlada. La cara de Pt és responsable del moviment mitjançant la catàlisi de H2O2 a O2, mentre que la cara de MSN és responsable de l'alliberament de la càrrega davant el reconeixement d'estímuls específics. L'objectiu del treball és fer servir la força motriu dels nanomotors per difondre a través de barreres biològiques (BB), afavorint l'alliberament de fàrmacs en localitzacions diana de difícil accés. En concret, la zona interna de les biopel·lícules bacterianes i els tumors sòlids, que en tots dos casos està protegida per una matriu extracel·lular (ECM) pràcticament impenetrable. El nanomotor Janus Pt-MSN se sintetitza de forma toposelectiva mitjançant la tècnica d'emulsió de Pickering. En primer lloc, es carrega amb una molècula model i es funcionalitza amb una porta molecular sensible a estímuls redox, unida a la superfície de la cara de MSN mitjançant enllaços disulfurs. Els resultats confirmen l'estructura del nanomotor (tipus ninot de neu) i la seva doble funcionalitat: difusió incrementada en resposta a H2O2 i sortida selectiva de la càrrega en resposta a una espècie redox (glutatió). En segon lloc, el nanomotor es carrega amb clorhexidina i els seus porus es bloquegen amb una nanovàlvula sensible al pH, formada per un complex d'inclusió establert entre grups benzimidazol i beta ciclodextrines unides a la proteasa ficina. La porta molecular és capaç d'hidrolitzar els components de l'ECM i induir l'alliberament de la càrrega a pH àcid, un tret característic de la zona interna de les biopel·lícules. Els experiments realitzats proven que la triple funcionalitat sinèrgica del nanomotor resulta en l'eliminació dels microorganismes de les biopel·lícules endodòntiques. A continuació, es proposa un nanomotor propulsat per glucosa, ja que hi ha una necessitat urgent d'emprar combustibles biocompatibles i biodisponibles, per a evitar efectes nocius als pacients. Per fer-ho, s'uneix l'enzim glucosa oxidasa a la cara mesoporosa del nanomotor mitjançant enllaços amida. L'enzim exerceix una doble funció. D'una banda, constitueix el primer element de la cascada que indueix el moviment, en catalitzar la transformació enzimàtica de glucosa a H2O2. Finalment, l'H2O2 és descompost per la cara de Pt propulsant el nanomotor. D'altra banda, actua com a porta molecular sensible a proteases, induint l'alliberament del fàrmac doxorrubicina als lisosomes. Els resultats obtinguts evidencien l'habilitat del nanomotor per eliminar les cèl·lules canceroses dels tumors sòlids. Les conclusions d"aquesta tesi doctoral es resumen en que s"ha aconseguit materialitzar un nanomotor molt versàtil amb 2 avantatges prominents: (i) àmplia àrea catalítica capaç d"induir una difusió incrementada i (ii) àmplia àrea susceptible de ser funcionalitzada amb portes moleculars. A més, s'ha demostrat la capacitat dels nanomotors per travessar BB, aconseguint un efecte terapèutic en infeccions endodòntiques i càncer. També s'ha provat que l'efecte és més gran que el causat pels components dels nanomotors independentment i per nanopartícules control privades d'algun dels elements. Esperem que aquestes dades contribueixin al desenvolupament de noves estratègies o a la millora de les ja existents per resoldre el repte de l'alliberament d'agents terapèutics en àrees malaltes inaccessibles, un problema clínic sense solució actualment. / [EN] The PhD thesis entitled "Platinum-mesoporous silica Janus nanomotors as a platform for drug delivery in biomedical applications" focuses on the development of a multifunctional self-propelled nanoparticle (nanomotor). The nanomotor is based on a Janus nanoparticle composed of a platinum nanoparticle (Pt) and a mesoporous silica nanoparticle (MSN) and can propel itself and release drugs in a controlled manner. The Pt face is responsible for the movement by catalyzing H2O2 into O2, whereas the MSN face is responsible for the delivery of cargo upon recognition of specific stimuli. The objective is to employ the driving force of nanomotors to diffuse through biological barriers (BB), favoring drug delivery to hard-to-reach target sites, such as the inner zone of bacterial biofilms and solid tumors, which in both cases is protected by an extracellular matrix (ECM). The Janus Pt-MSN nanomotor is synthesized toposelectively using the Pickering emulsion technique. It is first loaded with a model molecule and functionalized with a redox-stimuli-sensitive molecular gate, attached to the MSN face surface via disulfide bonds. The results confirm the structure of the nanomotor ("snowman" type) and its dual functionality: increased diffusion in response to H2O2 and selective cargo delivery in response to glutathione. Second, the nanomotor is loaded with chlorhexidine and its pores are blocked by a pH-sensitive nanovalve formed by an inclusion complex established between benzimidazole and ¿-cyclodextrins bound to ficin protease. The molecular gate is able to hydrolyze ECM components and induce cargo release at acidic pH, a characteristic feature of the inner zone of biofilms. The experiments performed prove that the triple synergistic functionality of the nanomotor results in the elimination of microorganisms from endodontic biofilms. Next, a glucose-powered nanomotor is proposed, as there is an urgent need to employ biocompatible and bioavailable fuels. For this purpose, the enzyme glucose oxidase is attached to the mesoporous face of the nanomotor via amide bonds. The enzyme plays a dual role. On the one hand, it constitutes the first element of the movement-inducing cascade by catalyzing the enzymatic transformation of glucose into H2O2. Finally, H2O2 is decomposed by the Pt face propelling the nanomotor. Moreover, it acts as a protease-sensitive molecular gate, inducing the release of the drug doxorubicin into lysosomes. The results obtained evidence the ability of the nanomotor to kill cancer cells in solid tumors. The conclusions of this doctoral thesis are that a very versatile nanomotor has been materialized with 2 prominent advantages: (i) large catalytic area capable of inducing increased diffusion and (ii) large area susceptible to be functionalized with molecular gates. In addition, the ability of nanomotors to pass through BB has been demonstrated, achieving a therapeutic effect on endodontic infections and cancer. It has also been proven that the effect is greater than that caused by the components of the nanomotors independently and by control nanoparticles deprived of some of their elements. We hope that these data will contribute to the development of new strategies or the improvement of existing ones to solve the challenge of delivering therapeutic agents to inaccessible diseased areas, a clinical problem with no solution at present. / Escudero Noguera, A. (2024). Nanomotores Janus de platino y sílice mesoporosa como plataforma para la entrega de fármacos en aplicaciones biomédicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205396

Con el fin de relacionar la estructura y la actividad de series de compuestos, es importante usar descriptores moleculares relevantes. Los descriptores GRIND y VolSurf pertenecen a una nueva familia de descriptores llamado libre de alineamiento. Es decir, que no necesitan alinear los compuestos con el fin de comparar sus campos de interacciones molecular. En este estudio se ha aplicado esos descriptores para la selección de reactivos químicos a partir de una amplia base de datos. La selección se ha echo mediante un protocolo que permite maximizar la diversidad de la muestra y así obtener unos compuestos muy informativos. También se ha desarrollado nuevos descriptores de forma que están basado en los cambios de curvatura de la superficie molecular. Los resultados obtenidos indican que los nuevos descriptores de forma se integran muy bien en los descriptores GRIND originales y que permiten identificar los efectos de forma tanto favorable como desfavorable. Además, se ha desarrollado nuevos descriptores libre de alineamiento llamado 'anchor-GRIND' que usan un átomo de cada molécula como punto de referencia para la comparación de los campos de interacciones molecular. Los descriptores 'anchor-GRIND' permiten una descripción mas precisa y mas sencilla que los descriptores GRIND lo que los hace mas relevante para el análisis de ciertas familias de compuestos. / In order to correlate the differences of structure with the differences of activity of series of compounds, it is important to use relevant molecular descriptors. The GRIND and VolSurf descriptors belong to the so-called alignment-free descriptors family. In other words, they do not require to align the compounds in order to compare its molecular interaction fields. In this study, we applied these descriptors to the selection of chemical reagent from a database of compounds. The selection has been done following a protocol which allows to maximize the diversity of the sample and so to obtain some compounds highly informative. In addition we developed new shape descriptors which are based on the changes of curvature of the molecular surface. The results obtained show that the new shape descriptors are well integrated in the original GRIND descriptors. Furthermore, we designed new alignment-free descriptors called 'anchor-GRIND' which use one atom of each molecule as a reference point for the comparison of the molecular interaction fields. The 'anchor-GRIND' descriptors allow a more precise and more simple description than the GRIND descriptors, which makes them more relevant for the analysis of some families of compounds.