No description available.

La Ingeniería molecular se basa en el conocimiento de las características estereoelectrónicas que definen el reconocimiento molecular, que es el resultado de una complementariedad, tanto geométrica como electrónica, entre diferentes entidades moleculares. La importancia de las diferentes contribuciones electrostáticas nos permite realizar un estudio teórico de predicción de la reactividad y otras propiedades moleculares a partir de cálculos de potencial electrostático y de polarización moleculares. El presente trabajo se basa en el estudio de la utilización de los mapas de potencial electrostático y de potencial de polarización como descriptores moleculares. En primer lugar se realiza un estudio del efecto de la base y de la metodología empleada en el cálculo de propiedades eléctricas de primer y segundo orden. El análisis se lleva a cabo con las moléculas de cianuro de hidrógeno, formaldehído y urea. Las bases utilizadas son del tipo doble zeta estándar, a las cuales se han añadido funciones de polarización y difusas. En particular, se han utilizado la base doble zeta 6-31G(d), les bases doble zeta aumentadas con uno o dos conjuntos de funciones de polarización : 6-31G(d,p) , 6-31G(2d,2p) y también se ha utilizado la base 6-311G++(2d,2p), que incluye funciones difusas. Los diferentes niveles de cálculo utilizan metodologías Hartree-Fock, MÆller-Plesset de segundo y cuarto orden y teoría del funcional de la densidad (DFT) : SCF, MP2, MP4, BLYP i B3LYP. Se analiza el efecto de los diferentes conjuntos de base a la contribución de la polarización a la energía de interacción, calculando para cada sistema propiedades de primer orden, como son los momentos dipolares y los momentos cuadrupolares, y propiedades de segundo orden, como la polarizabilidad y hiperpolarizabilidad moleculares. Seguidamente se evalúa el efecto de la base y el método de cálculo en la obtención de potenciales electrostáticos y de polarización moleculares. Se realiza un estudio comparativo de los mapas calculados con diferentes bases y metodologías, en concreto un estudio de la distribución espacial y un análisis de correlación entre las diferentes bases y metodologías. Un análisis de los mapas de polarización molecular a partir del cálculo de las diferencias de polarización relativas y las desviaciones estándar correspondientes nos permite un estudio comparativo de las diferentes metodologías y bases utilizadas. En particular se realiza un análisis comparativo entre diferentes métodos de cálculo con la base 6-311G++(2d,2p), tomando como referencia el cálculo MP4. Finalmente, se utilizan los mapas de potencial electrostático, de polarización y de interacción para el análisis de las características de reconocimiento molecular de un conjunto de compuestos bioactivos, a fin de analizar la importancia de la contribución de la polarización. Por este motivo, se elige para el estudio un conjunto de moléculas con una alta polarizabilidad, y en concreto, dos familias de compuestos con abundantes átomos de cloro y con una actividad tóxica definida, que forman parte de los grupos de dioxinas y furanos. Para ello se realiza el estudio de la inclusión de la polarización molecular como descriptor en la predicción de la actividad biológica de dioxinas y furanos, realizando el cálculo de potenciales electrostáticos y de polarización, un análisis de los mapas de potencial, y definiendo las principales zonas de interacción electrostática y de polarización molecular a partir de cálculos de componentes principales (PCA), así como la predicción de la actividad biológica en base a un estudio realizado mediante cálculos de mínimos cuadrados parciales (PLS). / Molecular engineering is based on the knowledge of the stereoelectronic features that define the molecular recognition, which is the result of the complementarity of geometric and electronic features between two different molecular entities. The importance of different electrostatic contributions allows us to make a theoretical prediction of molecular properties, from calculations of electrostatic potential and molecular polarization. This work is based on the study of the use of maps of electrostatic potential and polarization potential as molecular descriptors. First there is a study of the effect of the basis set and the methodology used in the calculation of first and second order electrical properties. The analysis was carried out with the molecules of hydrogen cyanide, formaldehyde and urea. The base sets used are the standard double-zeta, to which were added polarization and diffuse functions. In particular, we have used the double zeta basis 6-31G (d), double zeta basis augmented with one or two sets of polarization functions: 6-31G (d, p), 6-31G (2d, 2p) and also used the base 6-311G + + (2d, 2p), which includes diffuse functions. The different levels of calculation methodologies used Hartree-Fock, Moller-Plesset second and fourth order and the theory of density functional (DFT): SCF, MP2, MP4, BLYP B3LYP i. We analyze the effect of different sets based on the contribution of polarization to the interaction energy, calculated for each system of first order properties, such as dipolar moments and quadrupolar moments, and second order properties such as polarizability and molecular hyperpolarizability. Further, the effect of the basis and method on the calculation of the electrostatic potential and molecular polarization potentials is evaluated. For this purpose we performed a comparative study of the maps calculated with different basis sets and methodologies, in particular a study of the spatial distribution and correlation analysis between the different data bases and methodologies was done. An analysis of molecular polarization maps by calculating the differences in polarization and relative standard deviation allows for a comparative study of different methodologies and bases used. Specifically, a comparative analysis between different methods of calculating the base 6-311G + + (2d, 2p), calculated by reference to the MP4 was done. We use maps of electrostatic, polarization and interaction potentials for the analysis of molecular recognition features of a set of bioactive compounds, to discuss the importance of the contribution of polarization. For this reason, we choose to study a set of molecules with high polarizability, specifically, two families of compounds with heavy atoms of chlorine and defined toxic activity, which are part of groups of dioxins and furans. A study of the polarization maps as indicators of biological activity of dioxins and furans, based on the best methodology is done. The inclusion of polarization as a molecular descriptor for predicting biological activity of dioxins and furans was studied from the calculation of electrostatic potentials and polarization, an analysis of the potential maps, and defining the main areas of interaction molecular electrostatic and polarization interaction from calculations of principal components (PCA) and the prediction of biological activity based on a study by calculation of partial least squares (PLS).

Introducció: El principal factor de risc per la neoplàsia de pròstata és l'edat. La presència de pacients amb edats avançades fa qüestionar la realització de tractaments pel seu benefici clínic i com generadors de toxicitat. Hipòtesi: La toxicitat en la irradiació dels pacients diagnosticats de neoplàsia pròstatica de més edat no és diferent dels més joves. Objectius: Avaluar de forma prospectiva la morbiditat de la radioteràpia en el càncer prostàtic en pacients d'edat avançada amb planificació 2-D en la pràctica clínica al Servei d'Oncologia Radioteràpica de l'Hospital Clínic de Barcelona.Pacients i Mètode: Cent vuitanta tres pacients foren tractats des de novembre de 1993 fins el 1999. La toxicitat es va registrar segons escala de la RTOG a nivell urinari i digestiu, avaluant-la en cada seguiment clínic a intervals de 6 mesos durant el primer any i cada any posteriorment. La dosi administrada fou de 60 Gy per postoperatoris immediats, 66 Gy per recidiva postquirúrgica i 70 Gy amb finalitat radical a dosis per fracció de 180-200 cGy. L'índex terapèutic es defineix com el quocient entre les probabilitats de presentar toxicitat i control de la malaltia. Es realitza anàlisi pel mètode de Kaplan-Meier i riscos proporcionals de Cox per cercar factors pronòstic per toxicitat i control de malaltia. Resultats: La mediana de seguiment fou de 41,8 mesos i la mediana d'edat era de 70 anys. La distribució per estadi tumoral en el diagnòstic per la totalitat dels pacients fou la següent: T1 (3,3%), T2 (38,8%), T3(56,9%), T4 (1%). La concentració de PSA del diagnòstic té una mitjana de 29,07 ng/ml. El 79,2% de pacients tenen valors de l'índex de Gleason de 5 a 7. La probabilitat d'estar lliure de progressió en tot el grup als 2 i 5 anys fou de 83,74% i 61,94% respectivament. La toxicitat produïda a nivell urològic (88 %), la toxicitat digestiva (88%) aguda grau II és la més freqüent durant el tractament.La probabilitat de presentar toxicitat urològica tardana graus II-IV en tot el grup de pacients, és de 8,3% i 21% als 2 i 5 anys, respectivament. L'antecedent quirúrgic de RTU suposa un increment en el risc de tenir toxicitat tardana urològica en l'estudi multivariant. La probabilitat de presentar toxicitat digestiva graus II-IV en tot el grup de pacients, és de 13,41% i 19,16 % als 2 i 5 anys. La presentació de toxicitat aguda grau III-IV suposa un increment en el risc de presentar toxicitat tardana grau II o superior. La dosis superior a 70 Gy es manifesta com factor pronòstic per a la toxicitat digestiva quan l'avaluació de la toxicitat es fa en el darrer control. Cinquanta-un pacients varen presentar toxicitat tardana combinada urològica o digestiva igual o superior a grau II, en quaranta pacients fou grau II, en 7 pacients grau III i finalment en 4 pacients assolí el grau IV. La probabilitat d'estar lliure de toxicitat grau II o superior seria del 76,85 % i del 66,46% als 2 i 5 anys. Conclusions.El registre prospectiu de la toxicitat posa de manifest un increment gradual de la morbiditat, majoritàriament grau II. La probabilitat de presentació de toxicitat tant urològica com digestiva grau II o superior és propera al 15% i 20 % als 2 i 5 anys respectivament. L'índex terapèutic mostra un benefici del tractament en el control de la malaltia en front de la toxicitat. S'observa un augment de l'índex en incrementar el temps de seguiment en funció de la presència de recidiva i l'aparició de la toxicitat. L'edat, inferior o superior a 70 anys, no és un factor pronòstic pel control de la malaltia ni per la toxicitat.

En els darrers anys, els tractaments antiretrovirals combinats (TARGA) ha convertit la infecció per l´HIV en una patologia de curs crònic. D´altra banda, l´ús d´antiretrovirals durant l´embaràs, el part i el període neonatal i la cesària electiva han reduït la taxa de transmissió vertical de la infecció per l´HIV per sota de l´1% en els països desenvolupats. L´evolució agressiva de la infecció per l´HIV en el pacient pediàtric aconsella una instauració precoç de tractaments TARGA, l´exposició als quals sovint es perllongarà durant anys. D´altra banda, la xifra de nounats sans nascuts de mare infectada per l´HIV i exposats a antiretrovirals en un moment clau per al desenvolupament de la persona va en augment. Els anàlegs de nucleòssids inhibidors de la transcriptasa inversa (NRTIs) són la base de qualsevol tractament antiretroviral, però inhibeixen també la DNA polimerasa gamma; aquest enzim està present en gairebé totes les cèl.lules eucariotes i és el responsable de la replicació del DNA de la mitocòndria, l´organel.la encarregada de la producció d´energia a partir de nutrients i oxigen. Malauradament, han sorgit noves patologies en aquests malalts degudes a l´ús crònic d´antiretrovirals, moltes de les quals s´han relacionat amb la toxicitat mitocondrial per NRTIs, com ara la síndrome de la lipodistròfia, la pancreatitis, la neuropatia perifèrica, la miopatia, l´osteopènia o la toxicitat hematològica. L´acidosi làctica fulminant és la patologia més greu que s´ha descrit en relació a l´us de NRTIs. L´espectre bioquímic i clínic de l´elevació plasmàtica dels nivells d´àcid làctic en pacients infectats per l´HIV és molt més ampli. La prevalença d´hiperLA asimptomàtica arriba al 25% en algunes sèries i, darrerament, s´han descrit casos d´hiperLA simptomàtica més lleu i d´evolució més benigna, sempre en pacients adults. En el nen, la literatura al voltant de la hiperlactacidèmia associada a l´ús d´antiretrovirals en l´edat pediàtrica és molt escassa. S´ha realitzat un estudi observacional prospectiu dels nivells plasmàtics d´àcid làctic en dues cohorts de pacients pediàtrics exposats a antiretrovirals: cohort 1, pacients infectats per l´HIV; cohort 2, pacients sans exposats a l´HIV durant la gestació, part i període neonatal. En la cohort 1 s´ha estudiat a 91 pacients (51 de sexe femení; edat mitjana de 8 anys). S´ha realitzat una mitjana de 8 determinacions d´àcid làctic per pacient i s´han identificat 24 episodis d´hiperlactacidèmia (rang: 2.4-4.9 mmol/l), sempre asimptomàtica. Globalment, la densitat d´incidència d´hiperlactacidèmia en aquest grup de pacients ha estat de 8.8 episodis per 100 pacients pediàtrics infectats per l´HIV-any, i ha afectat al 22% de la cohort. Tan sols l´inici precoç de tractaments TARGA i un temps acumulat més curt d´exposició a aquests tractaments s´han relacionat amb el risc de desenvolupar hiperlactacidèmia de forma estadísticament significativa. En la cohort 2 s´ha estudiat a 141 lactants sans nascuts de mare infectada per l´HIV i exposats a antiretrovirals durant l´embaràs, part i període neonatal. Se´ls ha realitzat determinacions plasmàtiques d´àcid làctic a les 6 setmanes i als 3, 6 i 12 mesos de vida. La taxa de prevalença d´hiperlactacidèmia en aquesta cohort ha arribat al 52%, amb valors màxims de 8.06, 10.1, 7.28 i 4.1 mmol/l en els diversos punts de tall i una tendència espontània cap a la normalització amb l´edat. Tres pacients de sexe femení han presentat un retràs lleu i autolimitat en el desenvolupament neurològic. Tan sols l´ús gestacional de didanosina s´ha relacionat amb un major risc de desenvolupar hiperlactacidèmia de forma estadísticament significativa. L´escassa i benigna repercussió clínica dels episodis d´hiperlactacidèmia i el fet que no hagin provocat canvis en l´estratègia terapèutica en cap dels pacients estudiats no justifiquen la determinació rutinària dels nivells plasmàtics d´àcid làctic en cap de les dues cohorts de pacients. / Nucleoside analogue reverse trancriptase inhibitors (NRTIs) play a pivotal role in HAART regimens, which have demonstrated efficacy in reducing both morbidity and mortality from AIDS and mother-to-child transmission of HIV infection. NRTIs inhibit also DNA polymerase gamma, which is an essential protein for mitochondrial DNA replication in human cells. Mitochondrial toxicity has been identified as the common pathway in a group of side effects associated with the use of NRTIs, including hyperlactatemia and lactic acidosis.A prospective observational study of optimally-obtained venous lactate (LA) concentrations in two cohorts of children exposed to antiretrovirals was performed. Cohort 1 included 91 HIV-infected pediatric patients (51 girls, mean age: 8y; LA obtained every 6m); cohort 2 included 141 uninfected infants born to HIV-infected mothers and exposed perinatally to antiretrovirals (LA obtained at 6w and 3, 6 and 12m of life). In cohort 1 the incidence rate for hyperLA (range: 2.4-4.9 mmol/l) was 8.8 episodes per 100 HIV-infected patients-year, never associating clinical symptoms. Prevalence rate: 22% of the cohort. Only a younger age at the beginning of HAART and a shorter duration of this treatment were identified as statistically significant risk factors for hyperlactatemia.Fifty-two per cent of infants in cohort 2 developed hyperlactatemia with spontaneous evolution towards normal levels with age in most cases (peak levels of 8.06, 10.1, 7.28 and 4.1 mmol/l at 6w and 3, 6 and 12m, respectively). Three girls presented a slight and self-limited delay in psychomotor development. Only the gestational use of didanosine was associated with a higher risk of hyperlactatemia. Considering that most cases of hyperlactatemia were symtom-free and the mild and self-limited evolution of the children who presented with neurologic symptoms, the random determination of LA would not be justified in any of these patients.

La malaltia d’Alzheimer es caracteritza per l’acumulació de plaques extracel.lulars amiloides, formades pels anomenats pèptids amiloides (Aβ40). L’homeòstasi del coure (Cu) es veu afectada en l’etiologia de la malaltia d’Alzheimer, encara que el seu rol és un fet controvertit. Per a l’estudi de la influència del Cu(II) en l’agregació del pèptid amiloide, la morfologia i l’estructura secundària dels agregats amiloides formats en presència de Cu(II) s’han utilitzat AFM, TEM, SEM, SAXS, FTIR i espectrometria de fluorescència. A més, els efectes tòxics d’aquests agregats s’han estudiat en cèl.lules neuronals. Els resultats obtinguts mostren que aquests agregats són amorfos i presenten una toxicitat més alta que les fibres. Per a l’estudi dels dendrímers de maltosa com a possibles moduladors de l’agregació i de la toxicitat del pèptide amiloide. S’ha confirmat que aquests dendrimers no són tòxics en cèl.lules neuronals i que són capaços de modular l’agregació i toxicitat del pèptid amiloide. Aquests resultats permeten considerar als dendrimers de maltosa com a possibles eines per a reduir la toxicitat dels pèptids amilodies. / Senile plaques of Alzheimer’s disease patients are composed primarily of the amyloid-β-peptide (Aβ). Recent studies implicate Cu(II) in the aetiology of AD. The role of Cu(II) in ADis currently highly disputed. Influence of Cu(II) on Aβ aggregation and amyloidogenic properties of glycodendrimers were investigated in this thesis. AFM, TEM, SEM, SAXS, FTIR and fluorescence spectroscopy were used to study a morphology and a secondary structure of Aβ-Cu(II) aggregates. The toxic effects of Aβ40-Cu(II) amorphous aggregates was confirmed for neuronal cell lines. It was shown that maltose glycodendrimers can be efficiently used to modulate Alzheimer’s amyloid peptide aggregation and inhibit cell toxicity by facilitating the clustering of amyloid fibrils. These results show that glycodendrimers are promising non-toxic agents in the search for anti-amyloidogenic compounds. It was also suggested that fibril clumping may be anti-amyloid toxicity strategy.

La CsA és un potent immunosupressor àmpliament utilitzat en el trasplantament d'òrgans sòlids que com a principal efecte secundari mostra una elevada toxicitat renal que pot conduir a la pèrdua de la funció renal (Borel J.F. et al., 1976; Bennet W.M. et al., 1983). Els mecanismes moleculars pels quals la CsA exerceix els seu efecte immunosupressor han estat ben estudiats (Schreiber S.L., 1991; Liu J. et al., 1992), no obstant poc es coneix dels mecanismes d'acció a nivell molecular implicats en el dany renal. El tractament de cèl·lules PCT3 i HK-2 amb dosis creixents de CsA (desde 0 fins a 20 µM) demostra que la concentració de 10 µM és una dosi crítica a partir de la qual es posen de manifest varis esdeveniments cel·lulars tals com la disminució de la viabilitat cel·lular de manera dosi i temps dependent, la mort cel·lular per apoptosi, la disminució de la respiració mitocondrial i del percentatge de cèl·lules en fase S. Mitjançant un estudi proteòmic diferencial entre cèl·lules control i cèl·lules tractades amb la dosi 10 µM de CsA s'identifiquen putatius marcadors que ens permeten distingir la toxicitat renal creada per la CsA de la resta de símptomes de la nefropatia crònica i determinar l'evolució del dany renal causat per la CsA per tal de poder ajustar el tractament amb dosis de CsA que no siguin tòxiques. Les ciclofilines són una família de proteïnes expressades de forma ubiqua que posseeixen activitat peptidil-prolil cis/trans isomerasa i que s'uneixen selectivament al fàrmac immunosupressor CsA. La disminució de l'expressió de les ciclofilines mitjançant RNA d'interferència demostra una davallada de la sensibilitat cel·lular al tractament amb CsA. L'anàlisi proteòmic realitzat entre cèl·lules amb una de les dues ciclofilines silenciades gènicament i cèl·lules sense interferir ens ha de permetre esbrinar la participació de la CsA, les ciclofilines A i B o be l'activitat PPIasa d'aquestes en la toxicitat renal. / The use of CsA as a potent immunosuppressant has been limited by its severe nephrotoxic effects. The mechanisms involved are hemodynamic but also related with direct toxic effects of CsA on proximal tubule epithelial cells.CsA-induced toxicity analyses revealed that 10 µM CsA for 24h was the threshold condition to induce significant changes in cell viability and proteomic profile. At this concentration also appears apoptosis, decrease the percentage of cells in S phase and oxygen consumption.By means of high-throughput differential proteomic analyses and mass spectrometry techniques, we identified 38 differentially-expressed proteins on CsA-treated mouse PCT3 and human HK-2 cells, related to protein metabolism, response to damage, cell organization and cytoskeleton, energy metabolism, cell cycle and nucleobase/nucleoside/nucleotidic metabolism. Proteins identified in this work might be useful markers to eventually distinguish CsA toxicity from chronic allograft nephropathy in protocol biopsies of transplanted patients, facilitating the adjustment of CsA doses to non-toxic ranges, as well as, to study the impact of potential therapeutic interventions in an animal model. Cyclophilins are a family of proteins that posses peptidil prolil cis-trans isomerase activity and bind selectively at the immunosuppressant drug CsA. When we decrease the expression of the cyclophilin A or B by RNA interference techniques we observe that the cells are less sensible to CsA citotoxicity. Proteomic analysis between cells with cyclophilin A or B interfered and wild type cells will reveal the role of CsA, cyclophilins and the PPIase activity in the nephrotoxicity.

ENGLISH SUMMARY:In this work, the ozonation of emergent contaminants represented by pharmaceuticals (Sulfamethoxazole and Bezafibrate) and surfactants (Quaternary Ammonium Compounds) was studied. Results in terms of target compound degradation and mineralization along with the biodegradability and toxicity assessment of formed intermediates are presented. Moreover, a previous study about the suitability of the combination ozonation-Sequencing Batch Biofilm Reactor (SBBR), using the model compound 4-chlorophenol, is shown. The preliminary runs aimed to assess the mineralization of 100 and 200 mg L-1 4-chlorophenol (4-CP) solutions by ozonation and ozonation-biological treatment (SBBR). The experimental results showed that with an ozone flow rate of 5.44 and 7.57 g h-1, 4-CP was completely removed from the solution in 15 and 30 minutes of ozonation, respectively. By the other hand, at the 4-CP abatement time, on average only 26 % of total organic carbon (TOC) removal was achieved. The biodegradability (BOD5/COD) of the pre-ozonated solutions increased from 0 until a range between 0.2-0.37. The combination of ozonation and aerobic biological treatment in an aerobic sequencing batch biofilm reactor (SBBR) gave an abatement of more than 90 % of the initial TOC.The Quaternary Ammonium Compounds (QACs) ozonation was carried out in order to assess the mineralization potential of ozonation processes for this class of compounds. To perform this study, the QACs 16-BAC (Benzyl-dimethyl-hexadecylammonium-chloride) and 18-BAC (Benzyl-dimethyl-stearylammonium-chloride) were treated by ozonation at different O3 dosage. According to experimental results, from an initial TOC concentration of 50 mg L-1, 90 minutes of ozonation reached at most 50% of mineralization at the used conditions (ozone flow rate 7.57 g h-1). In order to observe the mineralization of QACs by means of photo-Fenton, the runs were carried out with the same QAC concentration used in ozonation runs. Besides, two different lamps were used (UV and Xe). According to experimental results, after 90 minutes of treatment, the photo-Fenton process achieved up to 80% of mineralization when the UV lamp was used. The efficiency of the photo-Fenton with Xe lamp was lower.To carry out the study of the sulfamethoxazole (SMX) ozonation, 200 mg L-1 SMX solutions were treated by ozonation at different pH. Results showed that ozonation was proved to be an efficient method to degrade sulfamethoxazole. After 15 minutes of ozonation (corresponding dose = 0.4 g of ozone L-1), the complete antibiotic abatement was almost achieved with just 10 % of mineralization. The biodegradability and toxicity of the ozonation intermediates were also studied. A biodegradability enhancement (increment of BOD5/COD ratio) from 0 to 0.28 was observed after 60 min of ozonation. The acute toxicity of the intermediates was followed by the Microtox® test and the toxicity profile showed a slight acute toxicity increment in the first stage of ozonation. The second order kinetic constants for the ozonation of the SMX in an order of magnitude of 105 L mol-1 s-1 were also determined for pH 5 and 7.Concerning the Bezafibrate (BZF) ozonation, the results showed that ozonation is an efficient method to degrade BZF: after 10 minutes of treatment (corresponding to a dose of 0.73 mmoles L-1 of ozone), the complete BZF abatement is achieved, starting from an initial concentration of 0.5 mmoles L-1. However, only a small part of the substrate is mineralized. The identification of main intermediates, attempted by HPLC-MS technique, indicates that the oxidation of BZF develops through both the hydroxylation of the aromatic ring and the attack of ozone on the unchlorinated aromatic one. The assessment of by-products biodegradability and acute toxicity demonstrates that ozonation is a suitable technique to improve the biodegradability and reduce the toxicity of waters containing BZF.

La hipótesis amiloide de la enfermedad de Alzheimer fue la base, hace algunos años, para el desarrollo de una línea de investigación cuyo objetivo principal es la obtención de pequeñas moléculas peptídicas capaces de interferir en la formación de fibras amiloides de la proteína beta-amiloide, pretendiendo reducir de esta manera la toxicidad de la misma. Así mismo, se quiere verificar la existencia de una correlación entre la presencia de fibras amiloides y la neurotoxicidad de la proteína beta-amiloide.Como pequeñas moléculas peptídicas, nos planteamos inicialmente el diseño y síntesis de una serie de N-metilpéptidos con capacidad inhibidora de la toxicidad de beta-amiloide. Esta colección de compuestos, además, se enfocó de forma que permitiese identificar los factores que favorecen la interacción proteína-inhibidor y el carácter de dicha interacción, estudiando entre otros aspectos el papel que juega la esteroquímica de los aminoácidos de estos inhibidores (L ó D) en el reconocimiento molecular. Se planteó correlacionar la inhibición de la toxicidad con la formación/ausencia de fibras amiloides. Para ello se decidió evaluar y utilizar algunos de los métodos descritos en la bibliografía para la detección y cuantificación de fibras amiloides. Para la evaluación de los inhibidores, se decidió obtener un modelo simplificado del proceso de fibrilogénesis de la proteína que tiene lugar durante la enfermedad de Alzheimer. La puesta a punto del mismo ha de permitir ensayar de forma paralela la capacidad de diversos compuestos para inhibir la toxicidad de la proteína in vitro.Por último se planteó la puesta a punto de ensayos de estabilidad de los péptidos sintetizados frente a la acción de proteasas. Este tipo de experimentos permite predecir, de forma aproximada, la biodisponibilidad relativa de diferentes péptidos en medios biológicos, pudiéndose así extrapolar su comportamiento en condiciones in vivo.

Derivat de 3 capítols de la tesi s'han publicat dos articles en revistes científiques i un capítol de llibre: Chapter 3, pg. 61 : Corcoll et al. 2012-HdB Environ Chem-book chapter 4 Chapter 4, pg. 81: Corcoll et al. 2011- Chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity in fluvial biofilms Chapter 5, pg. 117: Corcoll et al. 2012- The effect of metals on photosynthesis processes and diatom metrics on biofilm from a metal-contaminated river / Metal pollution in rivers is in great concern with human activities in the fluvial watershed. This thesis aims to investigate the potential use of chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity, and to find cause-effect relationships between metal exposures, other environmental factor (i.e. light), and functional and structural biofilm responses. This thesis demonstrates that the use of chl-a fluorescence parameters allows detect early effects on biofilms caused by zinc toxicity, both in the laboratory as in polluted rivers. In microcosm experiments, the use of chl-a fluorescence parameters allows evaluates structural changes on photosynthetic apparatus and in algal groups’ composition of biofilms long-term exposed to zinc. In order to evaluate the effects of chronic metal pollution in rivers, it is recommended the use of biofilm translocation experiments and the use of a multi-biomarker approach. / La contaminació per metalls en els rius està principalment lligada a l’activitat humana que té lloc a la conca fluvial. Aquesta tesi té per objectiu principal avaluar l'ús potencial dels paràmetres de fluorescència de la chl-a com a biomarcadors de toxicitat per metalls, i trobar relacions causa-efecte entre l’exposició dels metalls, altres factors ambientals (ex. la llum), i les respostes funcionals i estructurals del biofilms. Aquesta tesi demostra que els paràmetres de fluorescència de la chl-a permeten detectar alteracions ràpides del biofilm causades per la toxicitat del zinc, tan al laboratori com en rius contaminats. En microcosmos, els paràmetres de fluorescència de la chl-a permeten avaluar canvis estructurals en l’aparell fotosintètic i en la composició dels grups algals dels biofilms exposats crònicament al zinc. Per avaluar els efectes de la contaminació crònica per metalls en rius es recomana fer experiments de translocació de biofilms i utilitzar una aproximació de multi-biomarcador.

En aquest estudi, la toxicitat de diversos metalls pesants i l'arsènic va ser analitzada utilitzant diferents models biològics.En la primera part d'aquest treball, el bioassaig de toxicitat Microtox, el qual està basat en la variació de l'emissió lumínica del bacteri luminiscent Vibrio fischeri, va ser utilitzat per establir les corbes dosi-resposta de diferents elements tòxics com el Zn(II), Pb(II), Cu(II), Hg(II), Ag(I), Co(II), Cd(II), Cr(VI), As(V) i As(III) en solucions aquoses. Els experiments es varen portar a terme a pH 6.0 i 7.0 per tal de mostrar que el pH pot influir en la toxicitat final mesurada d'alguns metalls degut als canvis relacionats amb la seva especiació química. Es varen trobar diferents tipus de corbes dosi-resposta depenent del metall analitzat i el pH del medi. En el cas de l'arsènic, l'efecte del pH en la toxicitat de l'arsenat i l'arsenit es va investigar utilitzant l'assaig Microtox en un rang de pHs comprès entre pH 5.0 i 9.0. Els valors d'EC50 determinats per l'As(V) disminueixen, reflectint un augment de la toxicitat, a mesura que el pH de la solució augmenta mentre que, en el cas de l'As(III), els valors d'EC50 quasi bé no varien entre pH 6.0 i 8.0 i només disminueixen a pH 9.0. HAsO42- i H2AsO3- es varen definir com les espècies més tòxiques. Així mateix, una anàlisi estadística va revelar un efecte antagònic entre les espècies químiques d'arsenat que es troben conjuntament a pH 6.0 i 7.0.D'altra banda, els resultats de dos mètodes estadístics per predir la toxicitat i les possibles interaccions entre el Co(II), Cd(II), Cu(II), Zn(II) i Pb(II) en mescles binàries equitòxiques es varen comparar amb la toxicitat observada sobre el bacteri Vibrio fischeri. L'efecte combinat d'aquests metalls va resultar ser antagònic per les mescles de Co(II)-Cd(II), Cd(II)-Zn(II), Cd(II)-Pb(II) i Cu(II)-Pb(II), sinèrgic per Co(II)-Cu(II) i Zn(II)-Pb(II) i additiu en els altres casos, revelant un patró complex de possibles interaccions. L'efecte sinèrgic de la combinació Co(II)-Cu(II) i la forta disminució de la toxicitat del Pb(II) quan es troba en presència de Cd(II) hauria de merèixer més atenció quan s'estableixen les normatives de seguretat ambiental.La sensibilitat de l'assaig Microtox també va ser determinada. Els valors d'EC20, els quals representen la toxicitat llindar mesurable, varen ser determinats per cada element individualment i es va veure que augmenten de la següent manera: Pb(II) < Ag(I) < Hg(II) &#61627; Cu(II) < Zn(II) < As(V) < Cd(II) &#61627; Co(II) < As(III) < Cr(VI). Aquests valors es varen comparar amb les concentracions permeses en aigues residuals industrials establertes per la normativa oficial de Catalunya (Espanya). L'assaig Microtox va resultar ser suficientment sensible per detectar els elements assajats respecte a les normes oficials referents al control de la contaminació, excepte en el cas del cadmi, mercuri, arsenat, arsenit i cromat. En la segona part d'aquest treball, com a resultats complementaris dels resultats previs obtinguts utilitzant l'assaig de toxicitat aguda Microtox, els efectes crònics del Cd(II), Cr(VI) i As(V) es varen analitzar sobre la taxa de creixement i la viabilitat en el mateix model biològic. Sorprenentment, aquests productes químics nocius varen resultar ser poc tòxics per aquest bacteri quan es mesura el seu efecte després de temps d'exposició llargs. Tot i això, en el cas del Cr(VI), l'assaig d'inhibició de la viabilitat va resultar ser més sensible que l'assaig de toxicitat aguda Microtox. Així mateix, també va ser possible observar un clar fenomen d'hormesis, especialment en el cas del Cd(II), quan s'utilitza l'assaig d'inhibició de la viabilitat. A més a més, diversos experiments es varen portar a terme per intentar explicar la manca de toxicitat de Cr(VI) mostrada pel bacteri Vibrio fischeri. La resistència mostrada per aquest bacteri podria ser atribuïda a la capacitat d'aquest bacteri de convertir el Cr(VI) a la forma menys tòxica de Cr(III). Es va trobar que aquesta capacitat de reducció depèn de la composició del medi de cultiu, de la concentració inicial de Cr(VI), del temps d'incubació i de la presència d'una font de carboni. En la tercera part d'aquest treball, la línia cel·lular humana HT29 i cultius primaris de cèl·lules sanguínies de Sparus sarba es varen utilitzar in vitro per detectar la toxicitat llindar de metalls mesurant la sobreexpressió de proteines d'estrès. Extractes de fangs precedents de diverses plantes de tractament d'aigues residuals i diferents metalls, individualment o en combinació, es varen analitzar sobre cultius cel·lulars humans per avaluar el seu efecte sobre la taxa de creixement i la capacitat d'induir la síntesi de les proteïnes Hsp72 relacionades amb l'estrès cel·lular. No es varen trobar efectes adversos significatius quan els components s'analitzen individualment. Nogensmenys, quan es troben conjuntament, es produeix un afecte advers sobre tan la taxa de creixement com en l'expressió de proteins d'estrès. D'altra banda, cèl·lules sanguínies procedents de Sparus sarba es varen exposar in vitro a diferents concentracions de cadmi, plom i crom. La proteïna d'estrès HSP70 es va sobreexpressar significativament després de l'exposició a concentracions tan febles com 0.1 &#61549;M. Sota les nostres condicions de treball, no es va evidenciar una sobreexpressió de metal·lotioneïnes. Nogensmenys, les cèl·lules sanguínies de peix varen resultar ser un model biològic interessant per a ser utilitzat en anàlisis de toxicitat. Ambdós models biològics varen resultar ser molt adequats per a detectar acuradament la toxicitat produïda per metalls. En general, l'avaluació de la toxicitat basada en l'anàlisi de la sobreexpressió de proteïnes d'estrès és més sensible que l'avaluació de la toxicitat realitzada a nivell d'organisme.A partir dels resultats obtinguts, podem concloure que una bateria de bioassaigs és realment necessària per avaluar acuradament la toxicitat de metalls ja que existeixen grans variacions entre els valors de toxicitat obtinguts emprant diferents organismes i molts factors ambientals poden influir i modificar els resultats obtinguts. / In this study, the toxicity of some metals and arsenic was investigated using three different biological models. In the first part of this work, the Microtox® bioassay, which is based on variation in light emission by Vibrio fischeri luminescent bacteria, was used to establish dose-response curves for several toxic elements, namely, Zn(II), Pb(II), Cu(II), Hg(II), Ag(I), Co(II), Cd(II), Cr(VI), As(V), and As(III), in aqueous solutions. Experiments were carried out at either pH 6.0 or pH 7.0 to indicate that pH may influence the measured toxicity of some elements due to pH-related changes in their chemical speciation. Different types of dose-response curves were found depending on the analyzed metal and pH. In the case of arsenic, effect of pH on either arsenate or arsenite toxicity, was investigated using the Microtox® bioassay within a 5.0 - 9.0 pH range. EC50 values for As(V) were found to decrease, reflecting an increase in toxicity, as pH became basic, whereas in the case of As(III), EC50 values were almost unchanged within a 6.0 - 8.0 pH range and lowered at pH 9.0 only. HAsO42- and H2AsO3- were found to be the most toxic species. A statistical approach revealed an antagonistic effect between the arsenate chemical species found in combination at pH 6.0 or 7.0.On the other hand, results from two mathematical approaches to predict the toxicity of all the possible binary equitoxic mixtures of Co(II), Cd(II), Cu(II), Zn(II), and Pb(II) were compared to the observed toxicity of these mixtures to Vibrio fischeri bacteria. Combined effect of the metals was found to be antagonistic for Co(II)-Cd(II), Cd(II)-Zn(II), Cd(II)-Pb(II), and Cu(II)-Pb(II), synergistic for Co(II)-Cu(II) and Zn(II)-Pb(II) and merely additive in other cases, revealing a complex pattern of possible interactions. The synergistic effect of the Co(II)-Cu(II) combination and the strong decrease of Pb(II) toxicity when in the presence of Cd(II) should deserve much attention when establishing environmental safety regulations. Microtox bioassay sensitivity was also analyzed. EC20 values, which represent a measurable threshold of toxicity, were determined for each element individually and were found to rank as Pb(II) < Ag(I) < Hg(II) &#61627; Cu(II) < Zn(II) < As(V) < Cd(II) &#61627; Co(II) < As(III) < Cr(VI). These values were compared to the concentration levels allowed in industrial wastewater according to the official regulations in Catalonia (Spain). It appears that the Microtox® test is sensitive enough to detect the tested elements with respect to official regulations dealing with pollution control, with the exception of cadmium, mercury, arsenate, arsenite and chromate.In the second part of this work, as a complement to previous results obtained using the standard Microtox® acute toxicity test, the long-term effects of Cd(II), Cr(VI), and As(V) were studied on growth rate and viability of the same biological model. Surprisingly, these poisonous chemicals were found not to be very toxic to these bacteria when measuring their effect on viability or growth after long periods of exposure. Nevertheless, in the case of Cr(VI), the inhibition viability assay resulted to be more sensitive than the Microtox acute toxicity test was. Interestingly, it was possible to observe a clear hormesis phenomenon, especially for Cd(II), under the conditions of the viability assay. In addition, several experiments were performed as an attempt to explain the lack of Cr(VI) toxicity shown by Vibrio fischeri bacteria. The resistance shown by Vibrio fischeri bacteria could be attributed to the capacity of the bacteria to convert Cr(VI) ions into less toxic Cr(III) ions. This capacity of reduction was found to depend on culture medium composition, initial concentration of chromium, incubation time, and the presence of a carbon source. In the third part of this work, the HT29 human cell line and primary cultures of Sparus sarba blood cells were used in vitro to detect metal toxicity thresholds by measuring the overexpression of stress proteins. Sludge extracts from several wastewater treatment plants and metals, individually or in combination, were tested on human cultured cells for evaluating their ability to affect the growth rate and trigger a synthesis of the stress-related HSP72i proteins. No significant adverse effects were found when given individually. When given in combination, they were however found to affect both cell growth and stress proteins expression. On the other hand, blood cells freshly collected from Sparus sarba were exposed in vitro to different concentrations of cadmium, lead or chromium(VI). HSP70 stress protein was significantly overexpressed after exposure to a metal concentration as low as 0.1 µM. Under our experimental conditions, no overexpression of metallothioneins was evidenced. Nevertheless, fish blood cells appear as an interesting biological model for experimental toxicology.Both biological models were found convenient to detect toxicity produced by metals. In general, evaluation of toxicity based on stress proteins overexpression was found to be more sensitive than evaluation of toxicity performed at the organism level.Based on the results, it can be concluded that a battery of bioassays is necessary to accurately evaluate toxicity of metals since important variations between different organisms can be found and a lot of environmental factors may influence as well as modify the obtained results.