El presente trabajo ha sido dividido en tres estudios diferentes, en el primer estudio se evaluó la fermentación in vitro de diversos oligosacáridos por cuatro especies de bifidobacterias, mostrando que 4'-galactosil lactosa (4'-GOS) estimuló en mayor medida el crecimiento de las bacterias estudiadas, especialmente de B. breve y B. bifidum. En un segundo estudio, se evaluó la viabilidad de las bifidobacterias presentes en una fórmula comercial probiótica (B. bifidum y B. longum) durante un máximo de 14 días, mostrando que aunque el paso del tiempo redujo significativamente (p<0,05) los recuentos bacterianos, éstos se mantuvieron siempre por encima del nivel recomendado (106 células/g de producto). Posteriormente se estudió el efecto de ésta fórmula probiótica sobre la flora fecal infantil durante el primer año de vida. Los resultados mostraron que los recuentos no fueron significativamente (p<0,05) superiores a los del grupo control hasta tres meses después de estar tomando la fórmula probiótica (7 y 9 meses de edad). En el tercer estudio se elaboraron siete dietas experimentales (1 dieta probiótica, 3 prebióticas y 3 simbióticas) que fueron administradas a un total de 54 ratas recién destetadas durante 30 días, donde se evaluó el efecto de los probióticos (B. bifidum y B. longum) y prebióticos (4'-GOS) sobre la absorción de los minerales mediante un balance mineral realizado en tres periodos. El análisis factorial de los resultados observados reveló que el aumento en la absorción de Ca, Mg y Fe estuvo relacionado con el descenso del pH y el incremento en la proliferación del epitelio del colon. Igualmente, este estudio permitió relacionar el depósito en huesos (tibia y fémur) con la absorción y retención mineral, el pH en el contenido del ciego y colon y la proliferación del epitelio del colon. / The present work has been divided into three studies, in the first study the in vitro fermentation of some oligosaccharides by four species of bifidobacteria. It showed that 4'-gallactosyllactose (4'-GOS) estimulated more intensively the bacterial growth specially of B. breve and B. bifidum. In the second study, it was evaluated the viability of bifidobacteria presents in a commercial probiotic infant formula (B. bifidum and B. longum) during 14 days as maximum. The counts were decreasing significantly (p<0,05) with days. However, they were kept above the recommended level (106 cells/g of product). Later, it was studied the effect of the probiotic formula on infant fecal flora during the first year of life. The results showed that bifidobacteria fecal counts of probiotic formula fed infants were not significantly (p<0,05) larger than those of the control group until three months after consuming the probiotic formula (7 and 9 months of age). In the third study, a total of seven experimental diets were elaborated (1 probiotic, 3 prebiotics and 3 synbiotics diets) that were administered to 54 weanling rats during 30 days, and the effect of probiotics (B. bifidum and B. longum) and prebiotics (4'-GOS) added to the diet on mineral absorption by mineral balance of three periods was evaluated. The factorial analysis of the results exhibited that the increase of Ca, Mg and Fe absorption was related with the pH decrease and the increase of cell proliferation in the epithelium of the colon. Likewise, this study allowed relating the mineral content in bones (femur and tibia) with the mineral absorption and retention, pH of the content of the cecum and colon and the proliferation of the epithelium of colon.

Los productos de cereales con grano entero, en particular el pan, son fuentes de fibra dietética, vitaminas, minerales y compuestos fitoquímicos. Sin embargo, la biodisponibilidad de los minerales se afecta principalmente debido a la presencia de fitatos que reducen su absorción. El fitato se encuentra principalmente en los alimentos no procesados, pero puede ser degradado durante la germinación de las semillas o el procesado de alimentos. La hidrólisis del fitato a fosfatos de mio-inositol de menor grado de fosforilación es una manera de reducir su efecto negativo sobre la absorción de minerales. Muchas investigaciones han intentado reducir la cantidad de fitatos en los alimentos mediante diferentes procesos o adición de fitasas exógenas. El objetivo principal de esta investigación fue incrementar el valor nutricional de los productos derivados de cereales a través de nuevas estrategias para la elaboración de productos de panadería de alta calidad, proporcionando más fibra dietética y una mayor biodisponibilidad de minerales. La inclusión de salvado de trigo en diferentes niveles y tamaño de partícula, con ?-amilasa y fitasa; el uso de bifidobacterias productoras de fitasa como nuevos iniciadores panarios; y la utilización de harina integral de amaranto como ingrediente nutritivo en panificación, fueron las estrategias propuestas para alcanzar el objetivo principal. Se evaluó la calidad nutricional, tecnológica y sensorial de los productos desarrollados. Asimismo, se estudió el efecto de la formulación en la relación molar fitato/mineral, la dializabilidad del hierro y la biosíntesis de ferritina en células Caco-2 como una medida de la absorción de este mineral. El salvado de trigo, en combinación con enzimas amilolíticas y fitasa, disminuyó el efecto negativo en la reología del producto y mejoró la hidrólisis de los fitatos. El uso de bifidobacterias productoras de fitasa (GRAS/PQS), tanto en proceso directo como indirecto, produjo panes con características tecnológicas y sensoriales similares a los controles, pero con una cantidad menor de fitatos. Se consiguió una proporción de compromiso de harina de amaranto en la formulación de pan para preservar la calidad del producto e incrementar su valor nutricional. / Sanz Penella, JM. (2012). NUEVAS ESTRATEGIAS PARA INCREMENTAR LA CALIDAD NUTRICIONAL DE PRODUCTOS DE PANADERÍA. EFECTO SOBRE EL CONTENIDO DE FITATOS Y LA BIODISPONIBILIDAD DE HIERRO EN CACO-2 [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15151

[EN] This thesis is divided in two parts covering the fields of medicinal chemistry and science materials, respectively. In the first part, the semisynthesis of new derivatives of the antitumor drug 20-(S)-Camptothecin (CPT) and its biological properties, in terms of antitumor activity, stability and oral bioavalability are developed. More specifically, the application of the Tscherniac-Einhorn (T-E) reaction is described as an effective and high performance methodology to obtain a wide variety of novel lipophilic 9-amidomethylCPT and 9-imidomethylCPT derivatives. The results showed that the introduction of bulky aliphatic imide moiety in position 9, with the methoxylation of the C-10, provides an improvement of the in vitro and in vivo antitumor activity and two-times more oral permeability comparing with CPTs analogues clinically approved. Beyond the synthesis of new analogues, the T-E reaction is postulated as a useful pathway to activate position 9 with novel functionalities such as formylation and aminomethylation which have been previously reported with low or erratic yields. Within the area of semisynthetic procedures, the hexacyclic derivative, 9, 10-[1,3]-DioxoCPT was isolated quantitatively showing that the presence of cyclic acetal moiety improves the in vitro and in situ oral bioavailability keeping the antitumor activity ratio. In the second part of this thesis, within the interdisciplinary field of biology and science materials, the development of micro and mesoporous materials under biomimetic conditions is explained. The work of this section shows that small bifunctional molecules are available for the hydrolysis and condensation of silicon monomers while incorporating defined organic molecules that work as structure directing agents (SDA) leading mesostructured materials. Similarly to the biological process developed by silicateins, the mixture of ethanolamine and tromethamine simulates the active center of these proteins by a synergic combination of the buffering and the catalytic activity working at neutral pH, atmospheric pressure and in absence of external energy source. Thus, ZSM5 and MCM41 type materials, with high interest in various industrial applications, are obtained by a sol-gel process at neutral pH in opposition to the standar method based on strong acid or alkaline conditions. The possibilities of this methodology to insert active metal centers were tested in terms of catalytic activity in Meerwein-Ponndorf-Verley reaction and epoxidation reaction of cyclohexene. The results showed similar conversion rates comparing to materials synthesized under standard conditions. / [ES] La presente Tesis Doctoral esta dividida en dos partes que abarcan los campos de la química médica y la ciencia de los materiales respectivamente. En la primera parte se desarrolla la obtención de nuevos derivados del agente antitumoral 20-(S)-Camptotecina (CPT) y el estudio de sus propiedades biológicas en términos de actividad antitumoral, estabilidad y biodisponibilidad oral. Más concretamente se ha descrito la aplicación de la reacción de Tscherniac-Einhorn (T-E) como una metodología efectiva y de alto rendimiento para la obtención de una extensa variedad de derivados 9-amidometílicos y 9-imidometílicos de alto carácter lipofílico. Los resultados obtenidos mostraron que la introducción de un grupo alifático voluminoso tipo imida, en posición 9, junto con la metoxilación de la posición 10, proporcionaba elevada actividad antitumoral in vitro e in vivo y duplicaba los valores de absorción intestinal dentro de los ensayos de biodisponibilidad oral en comparación con derivados de CPT clínicamente aprobados. Más allá de la síntesis de nuevos análogos, la reacción de T-E se postula como una metodología eficaz para proporcionar nuevas funcionalizaciones en la posición 9, por ejemplo, se obtienen formilaciones o aminometilaciones con altos rendimientos frente a otras rutas sintéticas menos eficientes o erráticas para este tipo de modificaciones. Dentro de los procesos semisintéticos planteados, el derivado hexacíclico 9,10-[1,3]-DioxoCPT es sintetizado de forma cuantitativa, mostrando que la presencia del acetal cíclico mejora sustancialmente la permeabilidad del agente, tanto in vitro como in situ, manteniendo los rangos de actividad antitumoral. En la segunda parte de la presente Tesis Doctoral, dentro del campo interdisciplinar entre la biología y la síntesis de materiales, se ha desarrollado la síntesis de materiales micro- y mesoporosos en condiciones biomiméticas. El trabajo desarrollado en esta sección demuestra que moléculas pequeñas bifuncionales son capaces de hidrolizar y condensar monómeros de silicio, incorporando al mismo tiempo moléculas orgánicas capaces de actuar como agentes directores de estructura (ADS) dando lugar a materiales mesoestructurados. Al igual que el proceso biológico desarrolla la formación de estructuras inorgánicas mediante las proteínas conocidas como silicateinas, la mezcla de etanolamina y trometamina, simulan el mecanismo del centro activo de estas mismas proteínas, mediante una combinación sinérgica, donde la actividad tamponadora y catalítica es efectiva a la hora de incorporar y ordenar ADS en condiciones de pH neutro, presión atmosférica y en ausencia de fuente de energía externa. De esta manera, materiales micro- y mesoporosos tipo ZSM5 o MCM41, de alto interés en diferentes aplicaciones industriales, son obtenidos mediante un procedimiento sol-gel a pH neutro en oposición a las metodologías estándar que requieren condiciones fuertemente ácidas o alcalinas para la hidrólisis de los precursores de silicio. Las posibilidades de dicha metodología para la incorporación de centro activos metálicos fueron ensayadas en términos de actividad catalítica en reacciones tipo Meerwein-Ponndorf-Verley y reacciones de epoxidación de ciclohexeno. Los resultados mostraron porcentajes de conversión similares a los obtenidos con materiales sintetizados en condiciones convencionales. / [CA] La present Tesi Doctoral està dividida en dues parts que comprenen els camps de la química mèdica i la ciència dels materials, respectivament. En la primera part es desenvolupa l'obtenció de nous derivats de l'agent antitumoral 20-(S)-Camptotecina i l'estudi de les seues propietats biològiques en terms d'activitat antitumoral, estabilitat i biodisponibilitat oral. Més concretament s'ha descrit l'aplicació de la reacció de Tscherniac-Einhorn (T-E) com una metodologia efectiva i d'alt rendiment per a l'obtenció d'una extensa varietat de derivats 9-amidometilats i 9-imidometilats d'alt caràcter lipofilic. Els resultats obtinguts van mostrar que la introducció d'un grup alifàtic voluminós, tipus imida, en posición 9, junt amb la metoxilació de la posició 10, proporcionava elevada activitat antitumoral in vitro i in vivo i duplicava els valors d'absorció intestinal dins dels assajos de biodisponibilitat oral en comparació amb els derivats de CPT clínicament aprovats. Més enllà de la síntesi de nous anàlegs, la reacció de T-E es postula com una metodologia eficaç per a proporcionar noves funcionalitzacions en la posició 9, per exemple, s'obtenen formilacions o aminometilacions amb alts rendiments enfront d'altres rutes sintètiques menys efectives o erràtiques. Dins dels procesos semisintètics plantejats, el derivat hexaciclic 9,10-[1,3]-DioxoCPT es sintetitzat de forma quantitativa, mostrant que la presència de l'acetal cíclic millora substancialment la permeabilitat del fàrmac, tant in vitro com in situ, mantenint els rangs de activitat antitumoral de la CPT. En la segona part de la present Tesi Doctoral, dins del camp interdiciplinari entre la biología y la ciencia dels materials, s'ha desenvolupat la síntesi de materials micro i mesoporosos en condicions biomimètiques. El treball desenvolupat en aquesta secció demostra que molècules bifuncionals son capaços d'hidrolitzar i condensar monòmers de silici, incorporant al mateix temps molècules orgàniques capaces d'actuar com agents directors d'estructura (ADS) donant lloc a materials mesoestructurats. De la mateixa forma que el procés biològic desenvolupa la formació d'estructures inorgàniques per mitjà de les proteïnes conegudes com silicateines, la mescla d'etanolamine i trometamine, simulen el mecanisme del centre actiu d'aquestes mateixes proteïnes mitjançant una combinació sinèrgica, on l'activitat tamponadora i catalítica és efectiva a l'hora d'incorporar i ordenar ADS en condicions de pH neutre, pressió atmosfèrica i en absència de font d'energia externa. D'aquesta manera, materials micro- i mesoporosos tipus ZSM5 o MCM41, d'alt interés en diferents aplicacions industrials, són obtinguts per mitjà d'un procediment sol-gel a pH neutre en oposició a les metodologies estàndard que requereixen condicions fortament àcides o alcalines per a la hidrólisis dels precursors de silici. Les posibilitats d'aquesta metodología per a la incorporació de centres actius metàl¿lics van ser assajades en termes d'activitat catalítica en reaccions tipus Meerwein-Ponndorf-Verley i reaccions d'epoxidació de ciclohexen. Els resultats van mostrar percentatges de conversió semblants als obtingunts amb els materials sintetitzats en condicions convencionals. / Rodríguez Berna, G. (2016). Estudios semisintéticos y biológicos de 20-(S)-Camptotecina en terapia antitumoral y obtención de materiales porosos en condiciones biomiméticas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62158

Los cereales son empleados como dieta complementaria a la lactancia materna a partir del 4º mes ya que suministra nutrientes esenciales (especialmente hidratos de carbono, proteínas, minerales y vitaminas (particularmente tiamina). Los alimentos infantiles elaborados a partir de harinas procedentes de cereales pueden presentar compromiso en la biodisponibilidad de determinados minerales, por ello, es de gran importancia tratar de establecer los tratamientos tecnológicos necesarios para que la utilización de estos nutrientes esenciales sea la máxima. Se ha comprobado que el método más sencillo y eficaz de conseguir la eliminación del ácido fítico, es la adición de fitasa exógena. / Dietary minerals intake is of interest of human beings in general, but particularly for infant and young children in the first year of life, when growth is accelerated. Insuficient mineral intake in this period, mainly of iron, calcium and zinc, is responsible for diseases such as anaemia, rickets, osteoporosis or inmune diseases. Cereals are introduced to infants at the age of four to six months to supplement breastmilk and follow-on formula, since this is a period of rapid growth and development. Phytic acid (myoinositol hexa-phosphoric acid, IP6) is the major phosphorus storage compound of most seeds and cereal grains, and it has a strong ability to chelate multivalent metal ions, specially iron, zinc, and calcium.Based on this knowledge, complete phytate degradation by means of technological treatments is desirable, in order to overcome its negative effects on mineral bioavailability. Food processing-such as cooking, bread-making and fermentation-is known to reduce phytic acid content. However, the bioavailability of minerals can be considerably increased by dephytinization adding an exogenous phytase.

En aquesta Tesi Doctoral es pretén seguir aprofundint en l'estudi de l'activitat biològica del fitat, molècula que està demostrant unes inusitades, i fins fa poc desconegudes, propietats com inhibidor del desenvolupament de calcificaciones patològiques.En primer lloc, es presenten tres metodologies analítiques per a la determinació simple y sensible del myo-inositol i del fitat a nivells fisiològics.Posteriorment, es dedica un capítol a l'estudi de l'absorció oral i tòpica del fitat, avaluant després els seus efectes sobre la prevenció de calcificaciones distròfiques subepitelials.Finalment, es demostra que el fitat administrat oralment en una dosi elevada i a llarg termini no provoca problemes de biodisponibilitat i per altra banda, s'estudien els efectes de diferents sals de fitat sobre la disminució de la calciúria, demostrant-se que aquests efectes depenen bàsicament del tipus de sal emprada, essent el fitat potàssic el que provoca una disminució més important del calci urinari. / En esta Tesis Doctoral se pretende seguir profundizando en el estudio de la actividad biológica del fitato, molécula que está demostrando unas inusitadas, y hasta hace poco desconocidas, propiedades como inhibidor del desarrollo de calcificaciones patológicas.En primer lugar, se presentan tres metodologías analíticas para la determinación simple y sensible del myo-inositol y del fitato a niveles fisiológicos.Posteriormente, se dedica un capítulo al estudio de la absorción oral y tópica del fitato, evaluando después sus efectos sobre la prevención de calcificaciones distróficas subepiteliales.Finalmente, se demuestra que el fitato administrado oralmente en una dosis elevada y a largo plazo no causa problemas de biodisponibilidad y por otra parte, se estudian los efectos de diferentes sales de fitato sobre la dismunución de la calciuria, demostrándose que éstos dependen básicamente del tipo de sal utilizada, siendo el fitato potásico el que provoca una disminución más importante del calcio urinario. / The purpose of this Doctoral Thesis is to complete the knowledge of the biological activity of phytate, which is a molecule that has recently demonstrated unknown properties as an inhibitor of pathological calcifications. First of all, three analytical methodologies are presented for the simple and sensitive determination of myo-inositol and phytate at physiological levels. Next, oral and topic absorption of phytate are studied, evaluating its effects on the prevention of subepithelial dystrophic calcifications. Finally, it is demonstrated in a long-term study that oral phytate at high doses does not provoke bioavailability problems and, on the other hand, the effects of different phytate salts on urinary calcium reduction are studied, being potassium phytate the most effective salt.

En esta Tesis Doctoral se ha estudiado en modelos experimentales el potencial antihipertensivo de dos tipos de péptidos bioactivos: péptidos derivados de distintas zonas de la secuencia de la lactoferrina bovina (LF), incluido su dominio antimicrobiano lactoferricina (LfcinB), y heptapéptidos obtenidos mediante diseño racional a partir de hexapéptidos parentales. Se han realizado tres tipos de ensayos: ensayos in vitro para determinar los efectos inhibitorios sobre la actividad de la enzima conversora de la angiotensina I (ECA); ensayos funcionales ex vivo, usando segmentos arteriales aislados de conejo, para analizar los efectos inhibitorios de los péptidos sobre la vasoconstricción ECA-dependiente producida por angiotensina I (Ang I); y ensayos in vivo mediante la administración de los péptidos a ratas espontáneamente hipertensas (SHR) para estudiar los efectos antihipertensivos. En algunos casos, también se han realizado ensayos in vitro para determinar el potencial efecto tóxico de los péptidos no naturales y de digestión gastrointestinal simulada para analizar la biodisponibilidad de los péptidos. Se obtuvieron péptidos derivados de LfcinB mediante elongaciones tanto del extremo C-t como del N-t del péptido LfcinB20-25 (RRWQWR). Estos péptidos mostraron diferentes potencias de inhibición de la actividad ECA in vitro, e inhibieron la vasoconstricción ECA-dependiente ex vivo. No se encontró una clara correlación entre los resultados in vitro y ex vivo. Solamente LfcinB20-25 y un fragmento derivado (WQ) producido mediante digestión gastrointestinal simulada mostraron efectos antihipertensivos in vivo. Sin embargo, el fragmento no mostró efecto inhibidor de la vasoconstricción ECA-dependiente en contraste con LfcinB20-25. Por otro lado, se preparó un hidrolizado de lactoferrina bovina con pepsina y se ultrafiltró para enriquecerlo en péptidos con peso molecular menor de 3 kDa (LFH<3kDa). Este hidrolizado mostró efectos antihipertensivos mantenidos hasta 24 h tras la administración oral. LFH<3kDa se fraccionó y se identificaron 38 péptidos de los cuales se sintetizaron los 11 péptidos más abundantes. Tres de estos péptidos (LIWKL, RPYL y LNNSRAP) mostraron diferentes grados de inhibición de la actividad ECA in vitro y efectos antihipertensivos in vivo, aunque solamente dos de ellos, LIWKL y RPYL, mostraron efectos inhibidores de la vasoconstricción ECA-dependiente ex vivo. Por último, seis heptapéptidos mostraron diferentes grados de inhibición de la actividad ECA in vitro y de la vasoconstricción ECA-dependiente, pero no de la vasoconstricción ECA-independiente producida por angiotensina II. Los heptapétidos PACEI50L (RKWHFLW) y PACEI52L (RKWLFHW), y el hexapéptido parental PACEI32L (RKWHFW), mostraron efectos antihipertensivos in vivo, sin afectar a la presión arterial en ratas normotensas. Los péptidos sintetizados con D-aminoácidos mostraron mucho menos efecto inhibidor de la actividad ECA in vitro, no tuvieron efecto ex vivo, y mostraron efectos antihipertensivos in vivo tras administración intravenosa pero no oral. La toxicidad de estos péptidos no naturales para reducir la viabilidad celular in vitro se mostró a concentraciones milimolares, mucho más altas que las concentraciones micromolares con efecto inhibidor de la actividad ECA. En conclusión, se ha demostrado el potencial antihipertensivo de un péptido derivado de la lactoferricina (LfcinB20-25), de un hidrolizado con pepsina de la lactoferrina enriquecido en péptidos de bajo peso molecular (LFH<3kDa), de péptidos contenidos en dicho hidrolizado procedentes de otras zonas de la lactoferrina diferentes de LfcinB (LIWKL, RPYL y LNNSRAP), y de hexa- y heptapéptidos obtenidos mediante diseño racional (PACEI32L, PACEI50L y PACEI52L). En la mayor parte de ellos, el efecto antihipertensivo se asocia a su efecto vasoactivo por su capacidad para inhibir la actividad ECA / Ruiz Giménez, P. (2013). Efecto antihipertensivo, mediante inhibición de la enzima conversora de angiotensina I, de péptidos derivados de lactoferrina bovina y péptidos diseñados racionalmente [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31123

[ES] La presente tesis doctoral, titulada "Microportadores inteligentes para la liberación controlada de sustancias de interés nutracéutico", se centra en el diseño y evaluación de sistemas híbridos orgánico-inorgánicos para proteger y liberar controladamente compuestos bioactivos. Dichos sistemas están basados en (i) materiales de sílice, principalmente partículas mesoporosas, como soporte inorgánico para almacenar y proteger la carga bioactiva; y (ii) una capa externa de biomoléculas como puerta molecular, que regula la liberación de la carga ante ciertos estímulos. En el primer capítulo de la tesis se describe el ácido oleico como puerta molecular. Este capítulo se subdivide en tres artículos diferentes, con distintos objetivos. En el primer artículo se emplea por primera vez el ácido oleico como puerta molecular de un soporte mesoporoso, cargado con la molécula modelo rodamina B. El material preparado es capaz de proteger la carga en las condiciones presentes en la boca y en el estómago, e inducir su liberación en el intestino con la acción surfactante de las sales biliares. El sistema se ha empleado para la liberación de vitamina B2, demostrando así la utilidad del diseño para la protección y liberación controlada de nutracéuticos. El segundo artículo evalúa la efectividad de esta puerta molecular en diferentes tipos de partículas mesoporosas de sílice, con diversos tamaños y estructuras de poro (MCM-41, MCM-48, SBA-15 y UVM-7). En todos los sistemas estudiados, la puerta molecular es capaz de mantener protegidas las moléculas cargadas, y liberarlas ante la presencia de sales biliares. El sólido basado en la estructura de UVM-7 se validó in vivo, observándose un retraso en la absorción intestinal de la rodamina gracias a su encapsulación. Por último, el tercer artículo incluido en este capítulo ha estudiado la posibilidad de incorporar puertas moleculares en filosilicatos. Se ha conseguido la protección y liberación controlada de biomoléculas de gran tamaño implicadas en el metabolismo humano (vitamina B12 y hematina) empleando filosilicatos funcionalizados con ácido oleico como puerta molecular. El segundo capítulo describe por primera vez el uso de la proteína zeína (prolamina de maíz) como puerta molecular. La presencia de la prolamina de maíz inhibe la salida de los compuestos antimicrobianos encapsulados (timol, carvacrol y cinamaldehído) liberándolos en presencia de las enzimas proteolíticas excretadas durante el crecimiento bacteriano. De todos los materiales desarrollados, el sistema cargado con cinamaldehído ha demostrado una inhibición del crecimiento de E. coli superior a la del compuesto libre. Finalmente, el tercer capítulo estudia la efectividad de la lactosa como puerta molecular para proteger aceites esenciales y liberarlos solo en las condiciones presentes en el intestino. Se han preparado tres materiales diferentes basados en MCM-41, cargados con timol, eugenol y cinamaldehído, y funcionalizados con lactosa para inhibir la salida de los compuestos. La acción enzimática de la lactasa secretada en el intestino es capaz de hidrolizar la puerta molecular en los correspondientes monosacáridos, liberando la carga a lo largo del lumen intestinal. Los microdispositivos diseñados han sido validados in vitro con células Caco-2, donde se ha observado el aumento de la capacidad citotóxica del cinamaldehído y la disminución de la permeabilidad a través del modelo de membrana intestinal gracias a su encapsulación. Finalmente, el microdispositivo cargado con cinamaldehído se ha validado in vivo ratificándose la disminución de la permeabilidad del compuesto y su mayor permanencia en el lumen intestinal. Así, la presente tesis doctoral ha demostrado la posibilidad de emplear biomoléculas sencillas de grado alimentario como puertas moleculares sobre diversos materiales de sílice. Estos nuevos sistemas han permitido proteger y liberar control / [CA] La present tesi doctoral, titulada "Microportadors intel·ligents per a l'alliberament controlat de substàncies d'interès nutracèutic", se centra en el disseny i avaluació de sistemes híbrids orgànic-inorgànics per a la protecció i alliberament controlat de compostos bioactius. Aquests sistemes estan basats en (i) materials de sílice, principalment partícules mesoporoses, com a suport inorgànic per emmagatzemar i protegir la càrrega bioactiva; i (ii) una capa externa de biomolècules com a porta molecular, que regula l'alliberament d'aquesta càrrega davant de determinats estímuls. En el primer capítol de la tesi es descriu l'àcid oleic com a porta molecular. Aquest capítol se subdivideix en tres articles diferents, amb objectius diferents. En el primer article s'empra per primera vegada l'àcid oleic com a porta molecular d'un suport mesoporós, carregat amb la molècula model rodamina B. El material preparat és capaç de protegir la càrrega en les condicions presents a la boca i a l'estómac, i induir el seu alliberament a l'intestí amb l'acció surfactant de les sals biliars. El sistema s'ha emprat per a l'alliberament de vitamina B2, demostrant així la utilitat del disseny per a la protecció i alliberament controlat de nutracèutics. El segon article avalua l'efectivitat d'aquesta porta molecular en diferents tipus de partícules mesoporoses de sílice, amb diverses mides i estructures de porus (MCM-41, MCM-48, SBA-15 i UVM-7). En tots els sistemes estudiats, la porta molecular és capaç de mantindre protegides les molècules carregades, i alliberar-les davant la presència de sals biliars. El sòlid basat en l'estructura de UVM-7 es validà in vivo, observant-se un retard en l'absorció intestinal de la rodamina gràcies a la seua encapsulació. Finalment, en el tercer article inclòs en aquest capítol s'ha estudiat la possibilitat d'incorporar portes moleculars en fil·losilicats. S'ha aconseguit la protecció i alliberament controlat de biomolècules de grans dimensions implicades en el metabolisme humà (vitamina B12 i hematina) emprant fil·losilicats funcionalitzats amb àcid oleic com a porta molecular. El segon capítol descriu per primera vegada l'ús de la proteïna zeïna (prolamina de dacsa) com a porta molecular. La presència de la prolamina de dacsa inhibeix la sortida dels compostos antimicrobians encapsulats (timol, carvacrol i cinamaldèhid) alliberant-los en presència dels enzims proteolítics excretades durant el creixement bacterià. De tots els materials desenvolupats, el sistema carregat amb cinamaldèhid ha demostrat una inhibició de l'creixement d'E. coli superior a la del compost lliure. Finalment, el tercer capítol estudia l'efectivitat de la lactosa com a porta molecular per protegir olis essencials i alliberar-los només en les condicions presents a l'intestí. S'han preparat tres materials diferents basats en MCM-41, carregats amb timol, eugenol i cinamaldèhid, i funcionalitzats amb lactosa per inhibir l'eixida dels compostos. L'acció enzimàtica de la lactasa secretada a l'intestí és capaç d'hidrolitzar la porta molecular en els corresponents monosacàrids, alliberant la càrrega al llarg del lumen intestinal. Els microdispositius dissenyats s'han validat in vitro amb cèl·lules Caco-2, on s'observà l'augment de la capacitat citotòxica del cinamaldèhid i la disminució de la permeabilitat a través del model de membrana intestinal gràcies a la seua encapsulació. Finalment, el microdispositiu carregat amb cinamaldèhid s'ha validat in vivo ratificant la disminució de la permeabilitat del compost i la seua major permanència al lumen intestinal. Així, la present tesi doctoral ha demostrat la possibilitat d'emprar biomolècules senzilles de grau alimentari com portes moleculars sobre diversos materials de sílice. Aquests nous sistemes han permès protegir i alliberar controladament diferents nutracèutics, millorant així la seua biodisponibilitat. / [EN] This PhD thesis, entitled "Smart microdevices for nutraceutical-delivery", is focused on the design and evaluation of organic-inorganic hybrid systems for the protection and controlled release of bioactive molecules. These systems are based on (i) silica materials, mainly mesoporous particles, as inorganic support to store and protect the bioactive cargo; and (ii) an outer layer of biomolecules that regulate the payload release triggered by certain stimuli. In the first chapter of the thesis oleic acid is described as a molecular gate. This chapter is subdivided into three different articles, with different objectives. In the first article, oleic acid is used for the first time as molecular gate of a mesoporous support, loaded with the rhodamine B model molecule. The designed material is capable of protecting the cargo under the conditions present in the mouth and stomach, and inducing its release in the small intestine with the surfactant action of bile salts. The system has been used for the release of vitamin B2, thus demonstrating the validity of the design for the protection and controlled release of nutraceuticals. The second article evaluates the effectiveness of this molecular gate in different types of mesoporous silica particles, with different sizes and pore structures (MCM-41, MCM-48, SBA-15 and UVM-7). In all the systems studied, the molecular gate is capable of keeping cargo molecules protected and releasing them in the presence of bile salts. The solid based on the structure of UVM-7 was validated in vivo, observing a delay in the intestinal absorption of rhodamine thanks to its encapsulation. Lastly, the third article included in this chapter has studied the possibility of incorporating molecular gates onto phyllosilicates. The protection and controlled release of large biomolecules involved in human metabolism (vitamin B12 and hematin) have been achieved using phyllosilicates functionalized with oleic acid as molecular gate. The second chapter describes for the first time the use of the protein zein (corn prolamine) as a molecular gate. The presence of corn prolamine inhibits the release of encapsulated antimicrobial compounds (thymol, carvacrol and cinnamaldehyde) releasing them in the presence of the proteolytic enzymes excreted during bacterial growth. Among all the materials developed, the cinnamaldehyde-loaded system has shown greater inhibition of E. coli growth than the free compound. Finally, the third chapter studies the effectiveness of lactose as a molecular gate to protect essential oils and release them only under the conditions present in the intestine. Three different materials based on MCM-41 loaded with thymol, eugenol, and cinnamaldehyde, and functionalized with lactose to inhibit the release of the compounds have been prepared. The enzymatic action of the lactase secreted in the intestine is capable of hydrolyzing the molecular gate into the corresponding monosaccharides, thus releasing the cargo along the intestinal lumen. The designed microdevices have been validated in vitro with Caco-2 cells, where an increase in the cytotoxic capacity of cinnamaldehyde and a decrease in permeability through the intestinal membrane model have been observed thanks to its encapsulation. Finally, the cinnamaldehyde-loaded microdevice has been validated in vivo, confirming the decrease in the permeability of the compound and its greater permanence in the intestinal lumen. Thus, the present PhD thesis has demonstrated the possibility of using simple food-grade biomolecules as gatekeepers on various silica materials. These new systems have allowed the protection and controlled release of different nutraceuticals, thus improving their bioavailability. / The authors also thank the Electron Microscopy Service at the UPV for support. The authors also thank Prof. Pedro Amorós for his explanations and guidance on the knowledge of phyllosilicates. / Poyatos Racionero, E. (2020). Smart microdevices for nutraceutical-controlled delivery [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159247