La médula espinal puede verse dañada por patologías no traumáticas como tumores, infecciones, enfermedades autoinmunes y enfermedades degenerativas, y por lesiones traumáticas, tanto por acción directa como indirecta. Las lesiones traumáticas que dañan la medula espinal constituyen unas de las mayores causa de discapacidad física persistente al largo de toda la vida del paciente. A día de hoy, no hay tratamiento eficaz para este tipo de dolencias y las aplicaciones terapéuticas se basan en sacar el máximo potencial a las funciones conservadas. En los esfuerzos por encontrar tratamientos para éstas lesiones, el trasplante de diferentes tipos celulares constituye uno de los pilares de la investigación experimental. Dentro de esta estrategia dos de las poblaciones de células más usadas son las células de la glia envolvente que se encuentran en el bulbo olfatorio (OEC) y las células estromales mesenquimales (MSC). Ambos tipos celulares han demostrado mejorar la recuperación funcional y proteger parte del tejido dañado después de ser trasplantadas en modelos animales de lesiones de médula espinal. A pesar de ello, los mecanismos que subyacen a su acción han sido poco estudiados. Por este motivo, los trabajos incluidos en la presente tesis buscan la respuesta a un aspecto desconocido de estas terapias, como es la comparación del potencial terapéutico de las OEC y las MSC para las lesiones de médula espinal por contusión, tanto en su efecto como en su mecanismo. Los datos mostraron como, a pesar de que ambas células promovían una protección de tejido, las mejoras funcionales encontradas fueron limitadas y tan solo el trasplante de MSC en tiempos inmediatos a la lesión resultó en una mejora significativa. La poca supervivencia de las células dentro de la médula espinal lesionada podría ser uno de los motivos que explicaría la falta de un efecto beneficioso a nivel funcional. Un análisis de los cambios génicos inducidos por el trasplante reveló que la muerte de las células trasplantadas podría ser consecuencia de un rechazo inmunológico. La administración de un fármaco inmunosupresor a lo largo del seguimiento de los animales confirmó esta hipótesis, extendiendo la supervivencia de las células, pero con mejoras funcionales aun escasas, sugiriendo que la poca supervivencia de las células no es la única causa de la limitada mejora funcional encontrada. Por otro lado, el estudio génico también mostró como ambas células inducen la protección del tejido potenciando vías de reparación tisular. Mientras que las MSC modulaban estos procesos de reparación, aumentándolos en los tiempos tempranos después de la lesión y normalizándolos más tarde, las OEC actuaban tan solo en los tiempos tempranos, con reducidos efectos en los tiempos tardíos después de la lesión. Además, se ha indagado en la utilidad de las MSC como coadyuvante para el tratamiento de las lesiones de médula espinal por avulsión de raíz ventral. Este trabajo demostró como la presencia de las MSC en la médula espinal después de una avulsión mejoraba la supervivencia de motoneuronas y, en combinación con la reparación quirúrgica, aumentaba la velocidad de regeneración axonal y de reinervación muscular. En conclusión, la terapia celular con OEC o con MSC para lesiones de médula espinal puede ayudar al tratamiento de estas patologías, aunque por si solas las mejoras obtenidas son insatisfactorias. Una mejor comprensión de los mecanismos por los cuales las células trasplantadas ejercen su acción protectora permitiría optimizar su uso y establecer tratamientos combinados que respondan a varios objetivos terapéuticos. / The spinal cord can be affected by non traumatic pathologies such as, tumors, infections, auto-immune diseases and degenerative diseases, and by both direct and indirect traumatic injuries. Traumatic spinal cord injuries leads to a physical disabilities persistent during the patient's lifetime. Nowadays, there are not efficient treatment for spinal cord injuries (SCI). One of the most studied strategies to treat SCI diseases is based in cell transplantation. Several cell types have been evaluated for SCI treatment; among them adult Mesenchymal Stromal Cells (MSC) derived from the bone marrow and Olfactory Ensheathing Cells (OEC) from the olfactory bulb have received considerable attention, considering the positive results of several experimental studies regarding to tissue protection and functional outcome improvement. Although these beneficial effects of OEC and MSC transplantation after SCI, the mechanisms under the action of both type of cells are still little known. In the present work we wanted to address the comparison between OEC and MSC transplantation as a treatment to SCI contusion in their effects and in their mechanisms. Our results shown that both OEC and MSC transplant provided tissue protection, but only the MSC treatment in the acute time after SCI induced, limited but significantly, better functional recovery. One of the possible reason for the poor functional results could be due to the limited survival of the engrafted cells into injured spinal cord. The analysis of the gene expression after cell transplantation reveled a high up-regulation of genes associated to immunological reaction. The administration of an immunosuppressant drug during the follow up of the animals after transplantation allowed long-time survival of the graft, however the functional outcomes remained poor, suggesting that the short survival of the cells into damaged tissue was not the unique reason for the limited recovery. On the other hand, the gene expression study also shown how both type of cells cause the tissue protection by increasing the action of the tissue repair process. While MSC modulated the tissue repair by potentiating it in the early phase and resolving it during late times, the OEC acted only in the early time after transplantation. Moreover, we also investigated the MSC transplantation as a co-treatment to ventral root avulsion injuries. Our data shown that MSC can rescue the motoneurons from the death induced by the injury, and the combination of MSC transplant with surgical repair improved the axonal regeneration speed and muscle reinnervation. In conclusion, cell therapies using OEC or MSC to treat SCI can provided beneficial effects. A better understanding of the mechanisms by which these cells exert their protective action would optimize their use and would allow set up a combinatory therapies to respond to multiple therapeutic targets.

Introducción: la enfermedad VIH y el SIDA pediátrico, presentan características específicas y diferentes a las del adulto. La infección VIH en los niños se produce en una etapa temprana afectando a varios sistemas en desarrollo, entre ellos, el sistema nervioso central (SNC). Es por ello que las manifestaciones neurológicas y alteraciones neurocognitivas asociadas a dicha infección, son frecuentes en ausencia de tratamiento específico. En los últimos años la introducción del Tratamiento AntiRretroviral de Gran Actividad (TARGA), ha cambiado la historia natural de la infección, mejorando el pronóstico y reduciendo las manifestaciones, entre ellas, las neurológicas y, en especial, la incidencia del cuadro de encefalopatía subaguda. Sin embargo, a pesar de la normalidad de la exploración clínica cuando se realiza un estudio neurocognitivo, se detectan déficits cognitivos en áreas específicas. Son escasos los estudios en pacientes pediátricos que han introducido en su metodología evaluaciones neurocognitivas exhaustivas, que valoren no solo en funcionamiento cognitivo global, sino también las funciones cognitivas específicas. Objetivos: describir el funcionamiento neurocognitivo global y específico en pacientes pediátricos infectados por el VIH, y su relación con las variables clínicas y socioeconómicas. Describir la repercusión del TARGA y la exposición a drogas vía parenteral durante la gestación, sobre las funciones cognitivas de los niños con infección VIH. Métodos: se incluyeron 71 pacientes con infección VIH por transmisión vertical clínicamente estable [(56% niñas, mediana de edad 13,6 años, rango (6.3-20.1)]. Se administró una serie de pruebas neuropsicológicas (WISC-IV y WAIS-III, CAVLT-2, PPVT-III, Purdue Pegboard, Trail Making Test, Torre de Londres, test de Stroop, entre otros) y, a su vez, se realizó una recogida sistemática de las variables clínicas y socioeconómicas. Resultados: la mayoría de pacientes (85%) mostraron estabilidad clínica, inmunológica (CD4≥500 cel/mm3), y virológica en el momento de la valoración. Casi la mitad de pacientes de la muestra (47%) obtuvieron un CIT≥80. Los pacientes con infección VIH aún con un funcionamiento cognitivo global dentro de la normalidad, presentaron alteración en áreas cognitivas específicas, concretamente, en las funciones lingüísticas, las funciones motrices y las funciones ejecutivas. Una situación socioeconómica baja se asoció a una mayor alteración en las funciones lingüísticas. La ausencia de control virológico mostró 3,6 veces mayor riesgo de obtener un CIT<80, y los niños que presentaron una situación inmunológica grave mostraron mayor riesgo de presentar alteración en comprensión de vocabulario y en fluencia fonológica. Un inicio tardío del TARGA ha mostrado ser un factor de riesgo de presentar disfunción ejecutiva. A su vez, se han observado diferencias estadísticamente significativas en el grupo de niños nacidos en la era pre-TARGA (era en la que no se disponían de los nuevos antirretrovirales), en funciones motrices y funciones ejecutivas; y en el grupo de niños expuestos a drogas (opiáceos) durante la gestación, en funciones mnésicas, funciones motrices, y funciones ejecutivas. Conclusiones: a pesar del buen control virológico e inmunológico tras la introducción del TARGA, todos los niños en nuestra cohorte presentaron alteración en funciones cognitivas específicas. Un inicio temprano del TARGA podría tener un efecto protector en algunas funciones cognitivas, como las funciones ejecutivas, aunque son necesarios más estudios que evalúen los efectos del TARGA a largo plazo. La inclusión de estudios neuropsicológicos completos en el seguimiento habitual de los niños con infección VIH, permitiría la identificación temprana de dificultades y/o alteraciones, y ayudaría a establecer una intervención terapéutica adecuada. / Introduction: Pediatric HIV and AIDS, have specific characteristics that differ from adults. HIV infection in children occurs at an early stage affecting several systems under development, such as the central nervous system (CNS). It is for this reason that the neurological manifestations and neurocognitive impairment associated with this infection are common in the absence of specific treatment. In recent years the introduction of Highly Active AntiRetroviral Therapy (HAART) has changed the natural history of the infection, improving prognosis and reducing manifestations. This includes the neurological manifestations and particularly the incidence of subacute encephalopathy. However, despite clinical examination being normal, when performing a neurocognitive study, cognitive deficits are detected in specific areas. Studies in pediatric patients which have a comprehensive neurocognitive assessment, evaluating not only overall cognitive functioning but also specific cognitive functions, are scarce. Objectives: to describe the overall and specific neurocognitive functioning in pediatric patients with HIV infection, and their relationship with clinical and socioeconomic variables. To describe the impact of HAART and intravenous drug exposure during pregnancy on cognitive functions in HIV-infected children. Methods: 71 patients with vertically transmitted HIV infection clinically stable [(56% female, median age 13.6 years (range 6.3-20.1)] were evaluated. They were administered a battery of neuropsychological tests (WISC-IV and WAIS-III, CAVLT-2, PPVT-III, Purdue Pegboard, Trail Making Test, Tower of London, Stroop test, etc.), and a systematic collection of clinical and socioeconomic variables was conducted. Results: most patients (85%) showed clinical, immunological (CD4 ≥ 500 cells/mm3), and virological stability, at the time of assessment. Nearly half of patients in the sample (47%) had an IQ≥80. Even when overall cognitive functioning was normal, the patients showed alterations in specific cognitive areas, specifically in language functions, motor functions and executive functions. A low socioeconomic status was associated with a greater impairment in language functions. The absence of virological control revealed a 3,6 times greater risk of having an IQ<80, and children who had a severe immune status showed increased risk of impaired receptive vocabulary and phonological fluency. A late start of HAART proved to be a risk factor for executive dysfunction. In addition, there were statistically significant differences in the group of children born pre-HAART (in the era where the new antiretroviral therapy was not available), in motor and executive functions; and also in the group of children exposed to drugs (opiates) during pregnancy, in memory functions, motor functions, and executive functions. Conclusions: despite good virological and immunological control after the introduction of HAART, all children in our cohort showed alterations in specific cognitive functions. An early initiation of HAART may have a protective effect on some cognitive functions such as executive functions, although further studies are needed to evaluate the long-term effects of HAART. The inclusion of neuropsychological complete routine follow-up of HIV-infected children would allow for early identification of difficulties and/or alterations, and help establish appropriate therapeutic intervention.

Introducción: La enfermedad de Alzheimer presenil esporádica (EAP) es una enfermedad relativamente infrecuente pero que parece tener una mayor frecuencia de presentaciones no-amnésicas. El grado conocimiento de las alteraciones biológicas subyacente (LCR, RM estructural, patrones de expresión génica) es mucho menor que en la variante de inicio tardío. Objetivos: Caracterizar la EAP esporádica y sus correlatos clínicos mediante la evaluación de las presentaciones clínicas de inicio, el perfil de alteración de biomarcadores en LCR, la estructura cerebral en estudios de RM y el patrón de expresión génica a nivel cerebral confrontándola a hallazgos en pacientes con EA genéticamente determinada. Métodos: Caracterizar las presentaciones clínicas de inicio y sus correlatos patológicos y diagnósticos en una cohorte de EAP esporádica con confirmación patológica. Caracterizar el perfil de alteración de biomarcadores en LCR, la estructura cerebral en estudios de RM en una cohorte con diagnóstico clínico de EAP esporádica y compararlo con la EAP de causa genética. Analizar el patrón de expresión génica a nivel cerebral en EAP esporádica, genética y controles. Analizar el rendimiento global de biomarcadores en LCR para el diagnóstico diferencial entre EAP y otras enfermedades degenerativas o psiquiátricas en una cohorte con deterioro cognitivo de inicio presenil. Resultados: Un tercio de los sujetos con EAP tiene una presentación clínica no amnésica recibiendo por ello un diagnóstico equivocado en vida en un porcentaje relevante. El genotipo APOE o la presencia de copatología cerebral no parece influenciar la presentación clínica. Los sujetos con EAP tienen un perfil característico en LCR (disminución de niveles de beta-amiloide y aumento de niveles de proteina tau) y de atrofia en resonancia magnética. Los sujetos portadores de mutaciones causantes de EA tienen una mayor disminución de niveles de beta-amiloide en LCR sugiriendo mayor amiloidosis cerebral pero sin diferencia en marcadores de neurodegeneración (niveles de proteina tau en LCR o patrones de atrofia en RM estructural). Los sujetos con EAP presentan alteracíones en várias vías metabólicas en el analisis de expresión génica cerebral respecto a controles pero sin diferencias respecto a la enfermedad de causa genética. Los marcadores de LCR tienen una alta sensibilidad y especificidad (por encima del 90%) para diferenciar en un cohorte clínica entre EAP, demencia frontotemporal y sujetos sin enfermedad neurodegenerativa y predecir progresión clínica a demencia tipo EA en sujetos con deterioro cognitivo leve. Conclusiones: La EAP es una enfermedad con frecuentes presentaciones atípicas y a menudo mal diagnosticada. La EAP presenta un perfil típico de biomarcadores en LCR y RM. La neurodegeneración en fase de demencia de la EA presenil parece ser independiente de la amiloidosis cerebral y existe una convergencia biológica en fases de demencia entre sujetos con EAP esporádica y EA de causa genética. Los biomarcadores en LCR son muy útiles para el diagnóstico de EAP, especialmente en casos de presentación clínica atípica. / Background: Early-onset Alzheimer’s disease (EOAD) is an infrequent condition. It can present frequently with non-amnestic presentations. Its biological alterations (CSF or MRI biomarkers) are less known than the late-onset variant. Objectives: Describe the clinical profile at onset and its biological correlates (CSF biomarkers profiles, structural alterations in MRI, whole-genome expression profile) of sporadic EOAD and compare the result with EOAD caused by autosomal dominant inherited mutations. Methods: Describe the frequency of non-amnestic presentations in sporadic EOAD with pathological confirmation; compare the CSF and MRI profile of sporadic EOAD, genetic EOAD and controls. Compare the whole-genome expression profile in a cohort of sporadic EOAD, genetic EOAD and controls. Analyze the performance of CSF biomarkers in clinical practice for the differential diagnosis of early-onset cognitive impairment. Results: One third of sporadic EOAD with pathological confirmation had non-amnestic clinical presentations. These subjects were frequently misdiagnosed. APOE genotype or cerebral copathology did not influence on the clinical presentation. EOAD subjects had a characteristic CSF (low beta-amyloid and high total tau and phosphorylated tau) and MRI profiles. Genetic EOAD subjects had lower beta-amyloid CSF levels suggesting a higher amyloid load as compared with sporadic EOAD with no difference in neuronal injury biomarkers (total tau, phosphorylated tau or MRI atrophy profile). EOAD subjects present alterations in several metabolic pathways as compared with controls but no differences were found when comparing sporadic and genetic EOAD. CSF biomarkers have a good diagnostic behaviour in the differential diagnosis of EOAD, frontotemporal dementia and controls, can increase the confidence of subjacent AD pathology in most subjects with clinical EOAD diagnosis and predict with high accuracy progression from MCI to AD-type dementia. Conclusions: EOAD presents frequently with non-amnestic presentations which lead to frequent misdiagnosis. EOAD presents a typical CSF and MRI profile. Neuronal damage in subjects with AD dementia seems to be independent of cerebral amyloidosis. CSF biomarkers are highly useful in EOAD diagnosis.

Tesi realitzada a: Unitat de Neuroimmunologia. Fundació Hospital Clínic/IDIBAPS / Inicialment s’havia descrit el perfil clínic d’un grup concret de malalts amb encefalitis límbica paraneoplàsica i anticossos (Acs) contra diferents proteïnes onconeuronals, en el que gairebé la meitat d’aquests pacients tenien càncer de pulmó de cèl•lula petita i anticossos associats principalment a l’antigen (Ag) Hu, però encara quedava més d’un 50% d’aquests malalts, amb afecció principalment al sistema límbic i una resposta favorable al tractament amb immunosupressors, en els quals no se’ls hi havia detectat cap Ac onconeuronal associat. Amb el nou grup d’Acs dirigits contra Ags de membrana, aquell grup de malalts amb encefalitis als quals no se’ls hi havia detectat la presencia d’Acs onconeuronals associats començava a definir-se. En total, des del 2007 s’havien identificat 7 autoantígens de membrana: el R-NMDA, RAMPA, R-GABAB, LGI1, Caspr2, R-Glicina i mGluR5. Totes aquestes dianes antigèniques estan implicades en la transmissió sinàptica, la plasticitat o l’excitabilitat nerviosa, i tot i que les síndromes associades a aquests autoantígens són síndromes severes, que afecten a la memòria, comportament, cognició, i molts cops van acompanyats d’alteracions psiquiàtriques, el tractament amb immunoteràpia acostuma a ser efectiu. Els objectius d’aquesta tesi van ser principalment tres. En referència al primer objectiu, vam contribuir a caracteritzar el perfil clínic i immunològic de les encefalitis associades a anticossos contra antígens de membrana, concretament de les encefalitis associades als Acs contra el receptor AMPA i el receptor GABAB. En referència al segon objectiu, vam identificar un nou anticòs contra la proteïna de membrana DPPX, associat a pacients amb encefalitis. I en referència al tercer objectiu vam caracteritzar el perfil clínic de pacients amb esclerosi múltiple i anticossos contra la proteïna contactina-2. A partir dels estudis realitzats en aquesta tesi vam concloure que: El receptor del GABAB és l’autoantígen més comú en el grup de pacients caracteritzats per encefalitis límbica associada a càncer de pulmó de cèl•lula petita, prèviament considerats “seronegatius”. En malalts amb anticossos conta el GAD, la freqüència de tenir també Acs contra el receptor GABAB és baixa, i només s’observa en un context paraneoplàsic. La detecció d’Acs contra el receptor AMPA s’hauria de considerar en pacients, particularment dones, majors de 50 anys que presentin encefalitis límbica i canvis ràpids i progressius de comportaments anormals que recorden una psicosi aguda. També vam identificar un nou autoantígen de membrana associat a l’encefalitis caracteritzada per hiperexcitabilitat del sistema nerviós central, precedida de diarrea desconeguda. I en el cas dels pacients amb esclerosi múltiple, la freqüència dels anticossos contra la contactina-2 és baixa, els Acs persisteixen en el temps, i no s’associen a un perfil clinico-radiològic característic. / The clinical profile of a particular group of patients with paraneoplastic limbic encephalitis and antibodies (Abs) against different onconeural proteins were initially described. Almost fifty percent of these patients had small cell lung cancer and Abs against Hu antigen (Ag), but there remained the other fifty percent of the patients, with limbic system dysfunction, good response to the treatment, and no Abs associated. With the identification of the new group of Abs against cell surface Ags, the group of patients with encephalitis without onconeural Abs, starts to define. Since 2007, seven synaptic autoantigens have been identified: NMDA-R, AMPA-R, GABAB-R, LGI1, Caspr2, Glycine-R, mGluR5. All of these targets are related with synaptic transmission, plasticity, or nervous excitability. Although these syndromes are severe and affect the memory, the behavior, the cognition, and some times also have psychic alterations, they have good response to the treatment. We had three objectives in this thesis. The first objective was to characterize the clinical and immunological profile of patients with encephalitis and Abs against cell surface Ag. The second objective was to identify a new Ab against cell surface Ags. And the third objective was to characterize the clinical profile of patients with multiple sclerosis and antibodies against contactin-2. Based on this thesis we concluded that GABAB-R is the most common autoantigen in patients characterized by limbic encephalitis and small cell lung cancer, previously considered “seronegative”. And in patients with GAD-Abs, the frequency of also having Abs against GABAB-R is low, and only observed in a paraneoplastic context. The detection of AMPAR-Abs should be considered in patients, particularly women older than 50 years old, who present, not only limbic encephalitis, but also with rapidly progressive abnormal behavior resembling acute psychosis. We also identified a new cell surface Ag, in patients with limbic encephalitis characterized by central nervous system hiperexcitability, preceded by diarrhea of unknown etiology. In the case of patients with multiple sclerosis the frequency of Abs against contatin2 is low, and, their presence is not associated with a particular clinical-radiological profile, although it persist long time.

Introducción: El Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad (TDAH) es un trastorno del neurodesarrollo que afecta a aproximadamente el 5 % de la población de niños y adolescentes, con alrededor de un 50 % de afectados que presentan persistencia del trastorno en la edad adulta. No obstante, los estudios de neuroimagen estructural y funcional en adultos con TDAH han sido inconsistentes. Objetivos: El objetivo fue investigar los cambios cerebrales a nivel estructural y funcional en el TDAH del adulto. También se examinó en qué medida los cambios observados podían ser corregidos por la exposición a tratamiento a largo plazo con metilfenidato. Métodos: Reclutamos una muestra amplia de adultos con diagnóstico de TDAH subtipo Combinado y un grupo apareado de voluntarios sanos. Obtuvimos imágenes fMRI de los participantes mientras realizaban una tarea de Memoria de Trabajo correctamente validada (N-back), imágenes anatómicas MRI utilizando voxel-based morphometry (VBM) y fMRI en reposo para examinar la conectividad funcional dentro de la red neuronal de la memoria de trabajo así como en otras redes neuronales en reposo. Resultados: En comparación al grupo control sano, los participantes con TDAH mostraron: 1) menor volumen de sustancia gris en el área motora suplementaria derecha, en el córtex cingulado anterior porción subgenuada y en el córtex prefrontal dorsolateral derecho; 2) una mayor densidad de sustancia gris en los núcleos caudado y putamen izquierdos; 3) una deactivación deficiente del córtex medial prefrontal durante la tarea de 2-back; y 4) efectos correctivos a largo plazo del tratamiento con metilfenidato a nivel de estructura cerebral pero no a nivel de actividad cerebral. Conclusiones: La neuroanatomía estructural y funcional de la memoria de trabajo se encuentra alterada en adultos con TDAH, observándose anomalías estructurales en regiones clave para la memoria de trabajo y el control cognitivo (área motora suplementaria, cíngulo anterior, córtex prefrontal dorsolateral) y una deactivación disfuncional del córtex prefrontal medial durante la realización de una tarea de memoria de trabajo a un nivel alto de demanda cognitiva (conllevando un procesamiento excesivo de información interna no relevante en detrimento de la memoria de trabajo en sí misma). La exposición al tratamiento crónico con metilfenidato normaliza los déficits cerebrales estructurales pero no produce cambios en la actividad cerebral en el largo plazo. Las diferencias en el neurodesarrollo estructural y funcional del cerebro en el TDAH parecen normalizarse en gran medida en la edad adulta. / Introduction: Attention-Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurodevelopmental disorder affecting about 5 % of child and adolescent population, with around 50 % of those carrying the disorder into adulthood. Structural and functional neuroimaging studies in ADHD adults however, have been inconsistent. Objectives: The aim was to investigate the strucutural and functional brain changes in adult ADHD. To what extent these changes could be corrected by long-term exposure to methylphenidate was also examined. Methods: A large sample of adults with a positive diagnosis of ADHD-Combined subtype and a matched group of healthy volunteers were recruited. We obtained fMRI images from participants while performing a well-validated working memory task (N-back), anatomical MRI images using voxel-based morphometry (VBM) and resting state fMRI to look at functional connectivity within the working memory network and other brain networks in the resting brain. Results: Relative to the healthy comparison group, ADHD participants showed: 1) a smaller grey matter volume in the right supplementary motor area, the subgenual anterior cingulate cortex and the right dorsolateral prefrontal cortex; 2) a higher grey matter density in the left caudate and putamen; 3) a defficient deactivation of the medial prefrontal cortex during the 2-back task; and 4) long-term corrective effects of methylphenidate treatment for brain structure but not for brain activations. Conclusions: Structural and functional neuroanatomy of working memory is impaired in ADHD adults, showing structural abnormalities in key regions of working memory and cognitive control (including the supplementary motor area, the anterior cingulate cortex and the dorsolateral prefrontal cortex) and dysfunctional brain deactivation of the medial prefrontal cortex during high-load working memory performance (leading to an excessive processing of irrelevant internal information that is detrimental to working memory itself). Chronic exposure to methylphenidate normalizes brain structural deficits in the long-term, exerting no longer changes in brain activity. Developmental structural and functional brain differences in ADHD seem to normalize into adulthood to a large extent.

El presente trabajo expone la caracterización molecular y el perfil cognitivo de modelos de parkinsonismo en rata con degeneración dopaminérgica nigroestriatal mediante la inyección estereotáxica de 6-hidroxidopamina (6-OHDA) en el haz prosencefálico medial (i.e MFB). Para ello se utilizaron dos modelos : (i ) lesión dopaminérgica unilateral y (ii) modelo de lesión dopaminérgica bilateral asimétrica. En el modelo de lesión unilateral se observa una mayor pérdida de inmunorreactividad frente a la tirosina hidroxilasa en la sustancia nigra pars compacta (SNpc) respecto al área tegmental ventral (VTA), indicando una mayor degeneración de la vía dopaminérgica nigroestriatal en relación a la vía dopaminérgica mesolímbica. Así, en el modelo unilateral el patrón de degeneración dopaminérgica del modelo unilateral muestra un cierto grado de paralelismo con lo observado en pacientes parkinsonianos de estadios tempranos de la enfermedad. Como consecuencia de la lesión se produce una alteración diferencial de las zonas de la corteza prefrontal medial de la rata influyendo en su rendimiento cognitivo. Desde el punto de vista molecular se observa una disminución generalizada en la corteza prefrontal (CPF) de la relación ipsi/contralateral de los transcritos de los receptores dopaminérgicos (en particular el subtipo DrD5), debido principalmente a una disminución de los niveles de mRNA de dichos receptores en el hemisferio lesionado. Las posibles alteraciones motoras del modelo de lesión dopaminérgica unilateral no influyen en el desarrollo de las pruebas de comportamiento para evaluar de forma diferencial los dominios ejecutivos y los dominios mnésicos. Así, los resultados obtenidos de las pruebas de comportamiento que valoran ambos dominios indican que la inyección unilateral de 6-OHDA en el MFB influye negativamente en la formación del set, mientras que tanto la memoria de trabajo como la memoria de reconocimiento se encuentran preservadas. Por otra parte, los animales con lesión dopaminérgica unilateral con tratamiento crónico con L-DOPA presentaron un rendimiento diferencial en las tareas ejecutivas observándose una relativa mejoría sobre las funciones dependientes de las regiones de la CPF medial, en tanto que los procesos cognitivos relacionados con la vía mesolímbica no se vieron afectados (i.e. aprendizaje de inversión). Dicha mejoría podría ser explicada por el aumento de los niveles del transcrito (relación ipsi/contralateral) para del receptor de dopamina D5 en la corteza prefrontal en respuesta la tratamiento con L-DOPA. Finalmente, se establecieron nuevos modelos de parkinsonismo en rata que contemplaron la condición de asimetría bilateral y las caracteristícas neuroquímicas (en particular el porcentaje de pérdida dopaminérgica estriatal) típicas de las primeras etapas de la EP. En resumen, por un lado se estableció una serie de pruebas cognitivas que han permitido evaluar de manera diferencial los dominios ejecutivos y mnésicos en un modelo de parkinsonismo en rata con degeneración dopaminérgica nigroestriatal unilateral y con futura apliación a otros modelos de parkinsonismo, como el bilateral asimétrico que por primera vez se establece para el estudio de las alteraciones cognitivas relacionadas con la EP. Dichos modelos bilaterales asimétricos de degeneración dopaminérgica podrían ser potencialmente útiles para el estudio de trastornos neuropsiquiátricos característicos del período pre-motor de la EP. / The present thesis work is about the molecular characterization and the cognitive profiles of parkinsonism models with nigrostriatal-dopaminergic denervation through the stereotaxic injection of 6-hidroxydopamine (6-OHDA) in the medial forebrain bundle (MFB). To perform that, two models were used: (i) unilateral dopaminergic-lesion model, and (ii) bilateral asymetric dopaminergic-lesion model. Thus, in the first model, a higher lost of tyrosine hidroxylase (TH)-immunoreactivity from the sustantia nigra pars compacta (SNpc) in comparison to the ventral tegmental area (VTA) was observed. This evidence demonstrates that the dopaminergic denervation in the unilateral model is higher in the nigrostriatal network than mesolimbic network. Hence, in unilateral 6-OHDA-lesioned rats the dopaminergic denervation pattern is similar to those observed in early stages of Parkinson’s disease (PD) patients. Moreover, an altered cognitive performance was observed in these rats as consecuence of the differential alteration of medial prefrontal cortex (mPFC) mediated by the 6-OHDA-lesion. In addition, the main molecular alterations observed in PFC of rats with unilateral 6- OHDA-lesion was the masive decrease of the ipsi/contralateral ratio for the dopaminergic receptor (DrDx) transcripts (specially the subtype 5) as a consecuence of a lower DrDx-mRNA levels in the lesioned hemisphere. Furthermore, the feasible motor alterations of the unilateral model do not interfere in the correct performance of the behavioural tests used for the differential evaluation of executive and mnesic domains. This behavioural tests showed that the unilateral MFBinjection of 6-OHDA is negatively reflected in the set formation, while working memory and recognition memory are preserved. On the other hand, the animals with unilateral dopaminergic-lesion and chronically treated (22-days) with L-DOPA showed a differential performance of the executive tasks with a relative improvement of the mPFC-dependent cognitive functions, while no effects was observed in the mesolimbic-related cognitive process (i.e. reversal learning). This observation could be explained by the enhanced PFC-levels of the DrD5 transcript (ipsi/contralateral ratio) in response to the L-DOPA-treatment. Finally, the present work also establishes new rat models of parkinsonism which include the typical bilateral asymetry condition and the neurochemistry pattern (specially the percentage loss of striatal-dopamine) of early stages of PD. To resume, this thesis work established specific cognitive tasks capable to evaluate differentially the executive and mnesic domains of parkinsonism rats with a unilateral nigrostriatal dopaminergic denervation. These cognitive tasks could be useful in other parkinsonim models such as bilateral asymetric models, which have been here described for the first time in the study of cognitive alterations related to PD, and could be potential models in the study of neuropsichyatric disorders associated to the premotor stages of PD.

INTRODUCCIÓNLos pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) presentan fluctuaciones cognitivas y anímicas en relación con la administración de levodopa (LD). No existen estudios formales que exploren la relación de estas fluctuaciones no motoras con la respuesta motora del paciente a la LD oral (estable o fluctuante) ni con diferentes perfiles farmacocinéticos de LD oral.OBJETIVOLos objetivos primarios de la tesis fueron analizar los cambios cognitivos y del humor y sus relaciones en dos grupos pacientes con EP con respuesta motora estable y fluctuante a la LD oral, a los cuales se les administró una dosis aguda de LD de liberación inmediata ó estándar (LD-St) y una dosis aguda de LD de liberación controlada (LD-R). Un objetivo secundario fue evaluar con HMPAO-SPECT los cambios en el flujo sanguíneo regional cerebral (FSCr) de los pacientes con EP durante una tarea de activación frontal (Wisconsin Card Sorting Test -WCST). MÉTODOSEstudio randomizado, doble ciego y cruzado en 14 pacientes (siete estables, siete fluctuantes). Se monitorizaron el estado motor, los niveles plasmáticos de LD, las funciones cognitivas frontales (con el -WCST-, test de memoria de Sternberg, test de Stroop y torre de Hanoi), el humor y la ansiedad (con escalas analógicas visuales, EAV) desde una hora antes hasta seis horas después de la administración de una dosis aguda de LD-St y LD-R.RESULTADOSCognición: bajo la administración de LD-R, los pacientes mejoraron a lo largo de las sesiones el rendimiento del WCST (pacientes fluctuantes) y del test de Sternberg (muestra global de pacientes), y no hubo cambios significativos en el rendimiento del test de Stroop y la torre de Hanoi. El análisis del humor mostró que solo los pacientes fluctuantes presentaron significativas oscilaciones del humor, en especial bajo los efectos de LD-St. El pico de máxima reducción de la UPDRS con LD-St (+2.5H) coincidió con el pico de máxima reducción de la ansiedad, apareciendo ambos en una fase retrasada respecto al pico efecto del humor (+2H). El estado motor correlacionó con los niveles de LD en plasma y ansiedad, pero no con las puntuaciones del humor. No se pudo hallar una relación consistente entre el rendimiento cognitivo y las puntuaciones del humor. En el estudio con HMPAO-SPECT, los pacientes fluctuantes con LD-R activaron significativamente más la corteza frontal que el resto de grupos, lo cual coincidió con un mejor rendimiento en el WCST.CONCLUSIONESLos resultados de este trabajo indican que los pacientes con fluctuaciones motoras tienen un mayor riesgo de sufrir fluctuaciones del humor y de la ansiedad que los pacientes estables, y que las fluctuaciones del humor y la ansiedad son más marcadas que las de tipo cognitivo 'frontal'. A lo largo del tiempo, la LD-R mejora más que la LD-St el rendimiento en los tests frontales de mayor demanda ejecutiva, existiendo una disociación del rendimiento frente a la estimulación dopaminérgica aguda en tests ejecutivos, tanto en función de la diferente demanda y complejidad cognitiva como de la dependencia de subcircuitos fronto-estriatales diferentes. El desfase entre la más precoz mejoría del humor y la más tardía mejoría de la ansiedad sugiere que ambos fenómenos -aunque relacionados-, dependen de circuitos segregados, estando las fluctuaciones de la ansiedad más relacionadas con las fluctuaciones motoras. No hubo una correlación directa entre las oscilaciones del humor y de la ansiedad y el rendimiento en tareas frontales de alta demanda, como el WCST. Por último, los pacientes fluctuantes son capaces de activar más las zonas frontales ante una tarea frontal que los pacientes estables, especialmente bajo los efectos de LD-R. / BACKGROUNDParkinson's disease (PD) patients treated with levodopa (LD) experience cognitive and mood fluctuations. How these non-motor fluctuations relate to the patient's motor response (stable or wearing-off) and to pharmacokinetic profiles of oral LD has nor been addressed in a formal study. OBJECTIVESThe main objective of this study was to plot cognitive and mood changes and their relationships in two comparable groups exhibiting stable and wearing-off motor response to oral LD. Patients in both groups were acutely challenged with an oral dose of immediate-release (IR) and controlled-release (CR) LD formulations. A secondary objective was to evaluate the regional cerebral blood flow of PD patients by means of HMPAO-SPECT during a frontal activation test (Wisconsin Card Sorting Test-WCST).METHODSA randomised, double-blind, cross-over study of 14 patients (seven stable, seven wearing-off) monitored for motor status, plasma LD levels, frontal cognition (WCST, Sternberg Test, Stroop Test and Tower of Hanoi), mood and anxiety (Visual Analogue Scales, VAS), one hour before and over six hours after an oral dose of IR and CR-LD. RESULTSCognition: following an oral dose of CR-LD, patients improved WCST performance (wearing-off patients) and Sternberg Test (total sample of patients) over the sessions, and there were not significant changes on Stroop Test and Tower of Hanoi performance. Mood: only the wearing-off patients had a significant mood elevation, and this was only significant when challenged with IR-LD. The peak-effect for the maximum reduction of the UPDRS (+2.5H) with IR-LD coincided with the peak-effect for the maximum reduction of anxiety, both phase-delayed with respect to the peak-effect of mood (+2H). Motor status strongly correlated with LD plasma levels and anxiety but not with mood scores. There was not consistent correlation between cognitive performance and mood scores. In the brain activation with HMPAO-SPECT, wearing-off patients under CR-LD showed activation of the frontal cortex more than other groups, this being coincident with a better performance.CONCLUSIONSResults of this study shown than wearing-off patients are more at risk for mood and anxiety fluctuations than stable patients, and that these fluctuations are more marked than 'frontal' cognitive fluctuations. Over time, performance of frontal tests with greater executive complexity improves more with CR-LD than IR-LD, existing a dissociation of performance in front of an acute dopaminergic stimulation in executive tests, depending of the different cognitive complexity and of the subjacent fronto-striatal circuits. The earlier improvement in mood and the later improvement in anxiety suggest that both phenomena -although related- are dependent on segregated circuits, with the anxiety fluctuations being more related to motor fluctuations. We found no direct correlation between mood and anxiety oscillations and performance in high-complexity frontal test, such as the WCST. Finally, wearing-off patients are able to activate the frontal regions more when performing a frontal task than stable patients, especially under the effects of CR-LD.

Malgrat tots els esforços realitzats, la realitat és que l’ictus continua sent una de les principals causes de mortalitat i d’incapacitat arreu del món. Actualment, l’únic tractament aprovat per la FDA en la fase aguda de l’ictus isquèmic és el trombolític rt-PA, que tot i haver quedat àmpliament demostrada la seva eficàcia, també se li atribueixen una sèrie d’inconvenients tals com la impossibilitat d’administrar-lo més enllà de les 4.5 hores des de l’inici dels símptomes o complicacions secundàries tan importants com les transformacions hemorràgiques. Amb tot això, doncs, la cerca d’altres fàrmacs amb poder neuroprotector ha esdevingut una necessitat. En aquest sentit, les estatines han mostrat tenir efectes pleiotròpics (efectes independents de la seva capacitat hipocolesterolèmica), clarament beneficiosos en la prevenció secundària de l’ictus. I ja s’ha demostrat que el fet d’estar en tractament amb estatines comporta una millor evolució neurològica després de patir un ictus. Així, doncs, la hipòtesi d’aquesta tesi és que l’administració de simvastatina durant la fase aguda de la isquèmia cerebral, juntament amb el trombolític rt-PA, podria resultar beneficiosa. Per això, l’objectiu principal que ens vam plantejar va ser comprovar en models d’isquèmia cerebral en rata, no només l’eficàcia de la simvastatina, sinó també la seva seguretat (en termes de transformacions hemorràgiques i infeccions pulmonars). Mitjançant cerca bibliogràfica hem pogut determinar que, en models animals, la simvastatina és, d’entre totes les estatines, la que exerceix un major efecte neuroprotector. També hem pogut demostrar, emprant un model embòlic d’isquèmia cerebral , que una única dosi de simvastatina administrada després de la isquèmia, és capaç d’induir a les rates una millora del dèficit neurològic així com una reducció del volum de l’infart. A més, els estudis de proteòmica ens han permès proposar fenòmens moleculars pels quals la simvastatina exerceix aquest efecte neuroprotector observat en el nostre model: reparació cel·lular, disminució de l’estrès oxidatiu i atenuació de la permeabilitat de la barrera-hemato-encefàlica. Per altra banda, hem pogut demostrar que la simvastatina és segura quan s’administra en combinació amb rt-PA ja que l’administració conjunta no s’ha relacionat amb un increment en la incidència de transformacions hemorràgiques. Malgrat no hem arribat a determinar la implicació de l’administració de simvastatina sobre l’aparició d’infeccions pulmonars secundàries a la isquèmia, sí hem pogut comprovar la importància que té la consideració de factors com l’espècie, la soca i el model animal, així com l’efecte de l’anestèsia o de l’estrès induït per la cirurgia a l’hora d’extrapolar els resultats obtinguts a la pràctica clínica. Finalment, hem pogut caracteritzar uns liposomes capaços de transportar simvastatina i d’alliberar-la a la zona isquèmica del cervell. Malgrat la realització de més estudis experimentals és necessària, els resultats d’aquest últim podrien ser prometedors ja que la bibliograf¡a mostra que l’encapsulació en liposomes podria incrementar la biodisponibilitat del fàrmac així com reduir-ne els possibles efectes adversos. / Despite all the past clinical efforts , stroke remains a major cause of death and disability worldwide. Currently, the only treatment approved by the FDA during the acute phase of ischemic stroke is the thrombolytic rt-PA, which despite its great effectiveness has been widely demostrated, it has also a number of drawbacks such as the impossibility of administrating it beyond 4.5 hours after symptom onset or important secondary complications such as hemorrhagic transformations. Therefore, the search of effective neuroprotectants has become an urgent necessity. On the other hand, statins have been shown to have pleiotropic effects (independent effects of their hypocholesterolemic capacity) clearly beneficial in secondary prevention of stroke. It has been demonstrated that being under statin treatment leads to a better neurological outcome when stroke occurs. Thus, the hypothesis of this thesis was that the administration of simvastatin together with thrombolytic rt-PA , at the acute phase of cerebral ischemia, could also exert beneficial effects. Our main goal was to explore both the simvastatin efficacy and safety (in terms of hemorrhagic transformations and lung infections) in rat models of cerebral ischemia. Through literature search we have determined that, in animal models, simvastatin is, among all statins, the one which induces a better neuroprotective effect. We have also demonstrated, using an embolic model in rats, that a single dose of simvastatin administered after ischemia, is able to induce and improvement in neurological deficit as well as a reduction in infarct volume. In addition, proteomic studies have disclosed some of the phenomena by which simvastatin exerts the neuroprotective effect observed in our model: cell repair, reduction in oxidative stress and attenuation of blood-brain-barrier permeability. Furthermore, we have shown that simvastatin is safe when administered together with rt-PA as the combined administration was not associated with an increased incidence of hemorrhagic transformation. Although we could not determine simvastatin administration involvement on stroke-induced secondary lung infections, we did corroborate the importance of considering factors such as species, strain and animal model, as well as the effect of anesthesia and stress induced by surgery when extrapolating the results to the clinical practice. Finally, we have characterized a liposomal system able to transport simvastatin and deliver it in the ischemic area of the brain. Despite more experimental studies are needed, the results of this latest study could be promising if we consider published articles which show that encapsulation into liposomes might increase drug bioavailability and reduce its possible adverse effects.

La Síndrome Metabòlica (SdMet) és un conjunt de factors de risc vascular, definits per la NCEP ATP III com la pesència mínima de tres dels següents cinc factors de risc vascular: obesitat, hipertensió, baix nivell de colesterol HDL, alt nivell de triglicèrids i resistència a la insulina. Actualment la prevalència mundial de la SdMet és elevada arribant a xifres entre el 20-30 % de la població i aquests percentatges incrementen al sector de població amb edat més avançada.Durant l'envelliment es produeixen canvis al sistema cerebrovascular que comporten alteracions cognitives i neuroestructurals. La demència vascular és la segona causa de demència a l'envelliment, i actualment té més possibilitats de prevenció que altres demències. La presència de factors de risc vascular durant la vida podria influenciar en el desenvolupament d'una major alteració cerebrovascular durant l'envelliment. La detecció d'estat inicials de desregularització vascular, i l'estudi del cervell en estat de risc vascular, podria prevenir el desenvolupament d'estat de deteriorament cognitiu més greu. La SdMet s'ha relacionat amb la presència de demència símptomes frontosubcorticals i pitjor rendiment cognitiu associat a l'envelliment. La SdMet també ha estat relacionada amb alteracions estructurals de la substància blanca cerebral detectades mitjançant tècniques de ressonància magnètica convencional. Tot i així, existeixen poques evidències del perfil neuropsicològic i neuroanatòmic dels pacients amb SdMet. Pocs estudis han utilitzat un disseny cas-control i han exclòs la possible influència de patologies concomitants a la SdMet per estudiar l'efecte d'aquesta síndrome sobre el sistema nerviós central. Els objectius d'aquests tesi es resumeixen en 3 punts: · L'estudi del perfil neuropsicològic dels pacients amb SdMet en comparació a un cas control utilitzant una extensa avaluació neuropsicològica. · Examinar el patró de deteriorament de la substància blanca cerebral dels pacients amb SdMet mitjançant les dades de neuroimatge utilitzant la tècnica diffusion tensor imaging (DTI). · Detectar la relació entre l'alentiment en tasques de velocitat de processament de la informació, característica principal del perfil neuropsicològic de la SdMet, i els canvis estrucuturals de la substància blanca. Els resultats del primer estudi mostren que els pacients amb SdMet i edats compreses entre 50-80 anys, en comparació amb subjectes sans de la mateixa edat i nivell educatiu, mostren un perfil neuropsicològic específic, caracteritzat per l'alentiment de la velocitat de processament de la informació i una lleu disfunció executiva. El segon estudi mostra que els pacients amb SdMet comparats amb un grup de controls mostren una alteració de la microestrucutra cerebral. Els pacient mostren un patró de deteriorament anterior-posterior de la substància blanca cerebral, amb una disminució dels valors d'anisotropia fraccional (FA) i un augment dels valors de coeficient de difusivitat aparent. El tercer estudi mostra una correlació positiva entre els valors de FA i el rendiment a les tasques de velocitat de processament de la informació. La correlació és significativa a la part anterior i posterior del cos callós, especialment a les fibres del cos callós del lòbul frontal. En conclusió, els resultats d'aquesta tesi mostren evidències que la SdMet està relacionada amb un perfil neuropsicològic i neuroanatòmic determinat. D'acord amb concepte de cervell en estat de risc vascular, la SdMet podria ser un estat prodròmic de deteriorament cognitiu de tipus vascular probablement causat per un estat crònic de desregularització vascular al cervell. La influencia de la SdMet durant l'envelliment podria predisposar processos patològic que condicionessin a l'envelliment saludable. / "Cerebral white matter abnormalities and neuropsychological performance in Metabolic Syndrome patients."TEXT:Although metabolic syndrome is associated with cardiovascular disease and stroke, limited information is available on specific brain damage in patients with this syndrome. We investigated the neuropsychological profile of Metabolic syndrome patients and the relationship of the syndrome with white matter (WM) alteration using a voxel-based approach with diffusion tensor imaging (DTI).In our first study an extensive neuropsychological protocol was administered to 55 patients and 35 controls assessing memory, executive, visuoperceptual and visuoconstructive functions, language and speed of processing. There were differences between groups in speed of processing and some executive functions after controlling for the influences of education and gender. In the second study, we compared fractional anisotropy (FA) and apparent diffusion coefficient (ADC) measurements of DTI in 19 patients with metabolic syndrome aged between 50 and 80 years and 19 age-matched controls. Patients with metabolic syndrome showed an anterior-posterior pattern of deterioration in WM with reduced FA and increased ADC values compared with controls. WM changes were not related to any isolated vascular risk factor. In the last study, we detected the relation between the processing speed performance, the main characteristic of the neuropsychological profile of Metabolic Syndrome patients, and the microstructural white matter changes in Metabolic Syndrome patients. The global findings of this thesis provide evidence that Metabolic Syndrome is related to neuroanatomical damage and specific neuropsychological profile suggesting the influence of Metabolic Syndrome in the central nervous system.

Els nitrils són compostos químics que contenen el grup ciano: C N. Són molt abundants en la naturalesa, però la seva síntesi és també molt important pel gran ventall d'aplicacions que aquests aporten a la indústria. A la naturalesa els trobem, entre d'altres, en forma de glucòsids cianogènics com és el cas de l'amigdalina a les ametlles amargants i la linamarina a la mandioca, i en forma d'aminonitrils, forma que es troba a les lleguminoses del gènere Lathyrus. A la indústria s'utilitzen com a dissolvents i productes intermediaris en la síntesi de plàstics, fibres artificials, resines, productes farmacèutics i altres substàncies químiques. El consum humà o animal de determinats nitrils provoca símptomes similars a la intoxicació per cianur. Aquest fet suggereix que en la metabolització d'aquests nitrils es produeix l'alliberament d'aquest compost i que seria el responsable de la intoxicació aguda. Alguns nitrils però, en aquest procés de metabolització alliberen menys cianur o n'alliberen més lentament i aquests són els que provoquen neurotoxicitat i síndromes neurològiques. L'estudi d'aquest tipus de nitrils adquireix importància com a models de neurotoxicitat i de síndromes de toxicitat humanes causades per nitrils d'origen natural.A la primera part d'aquest treball de tesi s'ha pogut caracteritzar exhaustivament les dianes del 3,3'-iminodipropionitril (IDPN), l'al·lilnitril, el cis-crotononitril, el trans-crotononitril i el 2,4-hexadienenitril al sistema nerviós de la rata i establir la relació entre les lesions estructurals i els efectes comportamentals que aquests provoquen. Per a aquesta caracterització global, s'ha treballat amb un disseny experimental que combina experiments histopatològics amb tests d'avaluació comportamental animal. Els resultats han permès dividir els nitrils neurotòxics en dos grups, els que afecten al sistema nerviós central (trans-crotononitril i hexadienenitril) i els que afecten els sistemes sensorials (IDPN, al·lilnitril i cis-crotononitril).A la segona part de la tesi es demostra que la toxicitat vestibular de nitrils no és un fenomen exclusiu de la rata, sinó que ocorre també en altres espècies incloent-hi mamífers i no mamífers. Aquest resultats obren la porta a l'ús de soques de ratolins transgènics en l'estudi d'aquesta toxicitat.A la tercera part de la tesi s'estudia el paper de la metabolització d'aquests nitrils per a provocar els efectes neurotòxics. Concretament s'ha avaluat la bioactivació de la toxicitat vestibular del cis-crotononitril i l'al·lilnitril mitjançant el citocrom P450 2E1 utilitzant ratolins 129S1, ratolins transgènics pel citocrom P4502E1 i inhibidors selectius (Dial·lilsulfur) i no selectius (Aminobenzatriazol) d'aquest citocrom. A més, en aquesta segona part s'explica el procés d'optimització d'una metodologia que permet detectar simultàniament cianur i nitrils volàtils en sang, que combina la tècnica SPME (microextracció en fase sòlida) i la cromatografia de gasos amb detector NPD (detector nitrogen-fòsfor). Amb aquests treballs es demostra que tant l'al·lilnitril com el cis-crotononitril són substrats del citocrom P450 2E1 però que mitjançant aquest citocrom s'activa una via cianogènica no necessàriament vestibular. Els resultats obtinguts ens han permès concloure que la toxicitat vestibular d'aquets nitrils depèn d'un citocrom P450 diferent al 2E1 i que la via metabòlica amb efectes vestibulars més probable per a l'al·lilnitril és la de l'epoxidació del doble enllaç en posició beta-gamma. / Los nitrilos son compuestos químicos que contienen el grupo ciano: -CN. Son muy abundantes en la naturaleza, pero su síntesis es también muy importante por el amplio rango de aplicaciones que estos aportan a la industria. En la naturaleza los encontramos en forma de glucósidos cianogénicos, como la amigdalina de las almendras amargas y la linamarina de la yuca, y en forma de aminonitrilos, forma que se encuentra en las leguminosas del género Lathyrus. En la industria se utilizan como disolventes i productos intermediarios en la síntesis de plásticos, fibras artificiales, resinas, productos farmacéuticos i otras sustancias químicas. El consumo humano o animal de determinados nitrilos provoca síntomas similares a la intoxicación por cianuro. Este hecho sugiere que en la metabolización de estos nitrilos se produce la liberación de este compuesto y que sería el responsable de la intoxicación aguda. Algunos nitrilos, en este proceso de metabolización, liberan menos cianuro o lo hacen de forma más lenta y estos son los que provocan neurotoxicidad y síndromes neurológicos. El estudio de estos nitrilos adquiere importancia como modelos de neurotoxicidad y síndromes neurológicos de toxicidad humana causados por nitrilos de origen natural.En la primera parte de este trabajo de tesis se ha podido caracterizar de forma exhaustiva las dianas del 3,3'-iminodipropionitrilo (IDPN), el alilnitrilo, el cis-crotononitrilo, el trans-crotononitrilo i el 2,4-hexadienenitrilo en el sistema nervioso central y establecer la relación entre las lesiones estructurales y los efectos comportamentales que estos provocan. Para esta caracterización global, se ha trabajado con un diseño experimental que combina experimentos hitopatológicos con tests de evaluación comportamental animal. Los resultados han permitido dividir los nitrilos neurotóxicos en dos grupos, los que afectan al sistema nervioso central (trans-crotononitrilo y hexadienenitrilo) y los que afectan a los sistemas sensoriales (IDPN, alilnitrilo y cis-crotononitrilo).En la segunda parte de la tesis se demuestra que la toxicidad vestibular de nitrilos no es un fenómeno exclusivo de la rata, sino que ocurre también en otras especies incluyendo mamíferos y no mamíferos. Estos resultados abren las puertas a la utilización de ratones transgénicos en el estudios de dicha toxicidad.En la tercera parte de la tesis se estudia el papel de la metabolización de estos nitrilos para provocar los efectos neurotóxicos. Concretamente se ha evaluado la bioactivación de la toxicidad vestibular del cis-crotononitrilo y el alilnitrilo mediante el citocromo P450 2E1 utilizando ratones 129S1, ratones transgénicos para el citocromo P450 2E1 y inhibidores selectivos (dialilsulfuro) y no selectivos (aminobenzatriazol) de este citocromo. Además, en esta tercera parte se explica el proceso de optimización de una metodología que permite detectar simultáneamente cianuro y nitrilos volátiles en sangre, que combina la técnica SPME (microextracción en fase sólida) y la cromatografía de gases con detector NPD (detector nitrógeno-fósforo). Con estos trabajos se demuestra que tanto el alilnitrilo como el cis-crotononitrilo son sustratos del citocromo P450 2E1 pero que mediante este citocromo se activa una vía cianogénica no necesariamente vestibular. Los resultados obtenidos nos han permitido concluir que la toxicidad vestibular de estos nitrilos depende de un citocromo P450 diferente al 2E1 y que la vía metabólica con efectos vestibulares más probable para el alilnitrilo es la epoxidación del doble enlace en posición beta-gamma. / SUMMARY:Nitriles are increasingly used in the chemical industry, and they are also common in crop plants. They cause acute lethality, osteolathyrism and neurotoxicity.In the first part of this thesis, we compared the behavioural effects of IDPN, allylnitrile, cis-crotononitrile, trans-crotononitrile, and hexadienenitrile in the rat using test methods sensitive to the ECC (Excitation with Choreiform and Circling movements) syndrome or to the trans-crotononitrile syndrome. In addition, we assessed the CNS effects of these nitriles with the Fluoro-Jade B stain, which selectively labels degenerating neurons. In conclusion, the present and previous data indicate that neurotoxic nitriles induce one of two syndromes of abnormal motor behaviour: (1) the ECC syndrome caused by IDPN, allylnitrile, and cis-crotononitrile, and resulting from degeneration of the vestibular sensory hair cells with no CNS toxicity role, and (2) the syndrome of faltering movements, caused by trans-crotononitrile and hexadienenitrile, and resulting from degeneration of the inferior olive neurons.In the second part of this thesis, we demonstrate that nitriles that are toxic to the vestibular and auditory systems of the rat are also ototoxic to other animal species, both mammals and no mammals. The findings open up the possibility of using species other than the rat to study this toxic effect of nitriles and the possibility of using nitriles for inner ear research performed in diverse animal species.In the third part of this thesis, we assessed the hypotheses that the vestibular or lethal toxicities of cis-crotononitrile and allylnitrile depend on CYP2E1-mediated bioactivation. Wild-type (129S1) and CYP2E1-null mice were exposed to cis-crotononitrile and allylnitrile in either a baseline condition or following exposure to 1% acetone in drinking water to induce CYP2E1 expression. In parallel groups, concentrations of cis-crotononitrile, allylnitrile and cyanide were assessed in whole blood using an optimized SPME GC-NPD methodology. Also further groups of animals were used to test the effect the non selective P450 inhibitor 1-aminobenzotriazole and the CYP2E1-selective inhibitor diallylsulfide on the toxicity of allylnitrile. We conclude that allylnitrile and cis-crotononitrile are CYP2E1 substrates and that CYP2E1-mediated metabolism of these nitriles leads to cyanide release and acute mortality, while a different P450 system bioactivates these nitriles for vestibular toxicity. We propose that CYP2E1 acts on allylnitrile by alfa-carbon hydroxylation and that an action on the beta-gamma-&#61472;double bound is more likely responsible for the vestibular effect.