Orientador: Gaston Eduardo Barberis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:02:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MorenoSalazar_NelsonOrlando_D.pdf: 2044778 bytes, checksum: ce923740927e8df60d16125355bea882 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Nesta tese, tem-se estudado três diferentes sistemas magnéticos de atual interesse; (i) Os compostos de Li3Fe2(AsO4)3 - x(PO4)x pertencem à família de eletrólitos sólidos que despertam grande interesse por seu grande número de aplicações em dispositivos eletroquímicos de estado sólido. As medidas de magnetização dc/ac, ressonância paramagnética eletrônica, EPR e Mossbauer mostram que esses compostos ordenam antiferromagneticamente a 35.5 K, 33 K, 32 K, 31 K e 29 K para x = 0, 1, 1.5, 2 e 3, respectivamente. Abaixo destas temperaturas uma componente ferromagnética fraca que diminui com a temperatura é observada. Esses resultados são explicados pela competção entre duas sub-redes diferentes correspondentes aos sítios Fe(1) e Fe(2). A componente ferromagnética fraca origina-se da compensação incompleta do arranjo colinear dos momentos (weak ferrimagnetism) para x = 3 e por um canting leve dos momentos magnéticos no estado ordenado (weak ferromagnetismo para os compostos de arsenato.(ii) O sistema biológico do complexo de cobre do aminoácido L-aspártico, Cu(L-asp) que apresenta um comportamento da baixa dimensionalidade como consequência do arranjo dos íons de Cu no aminoácido, é de importância na biofísica. Medidas de magnetização entre 1.8 K e 300 K e calor especifico entre 1.5 K e 20 K foram realizadas na amostra policristalina Cu(L-asp). Os dados foram ajustados propondo um comportamento característico de uma cadeia linear alternada antiferromagnética com um acoplamento ferromagnético entre cadeias usando a aproximação de campo médio. Cada íon de Cu acopla-se dentro da cadeia ao Cu da direita com uma interação de troca isotrópica Jo/k = -5.3 K, e ao Cu da esquerda com a Jo/k = -1.5 K (a = 0.29). A interação entre cadeias foi J¿/k = 0.7 K. (iii)Foram estudadas as propriedades intrínsecas e extrínsecas da manganita de dupla camada La1.2Sr1.8Mn2O7 por medidas de EPR e de magnetização dc. Encontrou-se um aumento da magnetização, M perto de 300 K, a uma temperatura bem acima de Tc ~ 125 K. A altas temperaturas modos ferromagnéticos, FMR, aparecem. De nossa analise conclui-se que o aumento na M e a FMR se deve à presença de fases Ruddlesden-Popper e não a efeitos intrínsecos como foi reportado por outros autores. Além disso, o campo de ressonância da linha de EPR devido à fase La1.2Sr1.8Mn2O7 apresenta uma anisotropia que depende da temperatura até ~ 450 K. A anisotropia é proporcional a M, independente do conteúdo de fase extrínseca, sendo portanto intrínseca ao sistema / Abstract: In this thesis, we have studied three different magnetic systems of current scientific interest (i) Li3Fe2(AsO4)3 - x(PO4)x compounds belonging to family of the solid electrolytes have attracted a great interest due to its large number of applications in solid state electrochemical devices. The magnetization dc/ac, electron paramagnetic resonance, EPR, and Mossbauer measurements, show that all those compounds order antiferromagnetically at 35.5 K, 33 K, 32 K, 31 K and 29 K for x = 0, 1, 1.5, 2 and 3, respectively. Below these temperatures a component weak ferromagnetic decreasing with the temperature, is observed. Those results are explained by the competition among two different sublattices corresponding to the sites Fe(1) and Fe(2). The weak ferromagnetic component originates from the an incomplete compensation of the arrangement collinear of the moments (weak ferrimagnetism) for x = 3 and for a canting light of the magnetic moments in the state orderly (weak ferrimagnetism) for the compound of arsenate. (ii) The biological system of the compound of copper of the amino acid L-aspartic, Cu(L-asp) that presents a behavior of the low dimensionality as a consequence of the arrangement of the ions of Cu in the amino acid, is of importance in the biophysics. Specific heat, magnetic susceptibility and magnetization measurements were performed in polycrystalline samples of the Cu(L-asp)]. The data were well fitted proposing for Cu(L-asp) a behavior characteristic of an alternating linear chain antiferromagnet. Each S=1/2 copper ion is coupled with an isotropic exchange interaction Jo/k=( - 5.3 ± 0.1) K with one copper neighbor in the chain, and Jo/k =-1.5 K with the other a = 0.29. The interchain ferromagnetic coupling is J¿/k= 0.7 K. (iii) We have performed EPR and dc magnetization measurements on bilayer La1.2Sr1.8Mn2O7 manganite. We found an increase in the magnetization, M, near to 300 K, a temperature well above Tc ~ 125 K. We have observed at theses high temperatures the appearance of new ferromagnetic resonances, FMR. We conclude that the increase in M and the FMR are due to the presence of extrinsic Ruddlesden-Popper phases and not to intrinsic effects as has been claimed. Furthermore, the resonance field of the EPR line due to La1.2Sr1.8Mn2O7 phase presents a measurable temperature-dependent anisotropy up to ~ 450 K / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

A doença cardiovascular é a principal causa de morte no mundo ocidental e as estatinas são os medicamentos mais prescritos para prevenção e tratamento. Apesar de serem os fármacos mais prescritos, ainda são subutilizados, tendo como principal causa de interrupção do tratamento a miopatia. Entre os mecanismos envolvidos na fisiopatologia da miotoxicidade, a deficiência da coenzima Q10 vem sendo apontada como a principal responsável deste efeito colateral. A creatinofosfoquinase (CPK) é um biomarcador de gravidade dos danos musculares sendo utilizado de rotina na prática clínica. Contudo, seus níveis podem estar normais ou aumentados em pacientes em uso de estatinas e apresentando sintomas musculares. Sendo assim, a espectroscopia do hidrogênio por ressonância magnética (EHRM) poderia auxiliar no diagnóstico da toxicidade muscular causada pelas estatinas, através de um estudo metabólico de alterações decorrentes dos vários mecanismos envolvidos isolados ou associados. O objetivo deste estudo é avaliar as concentrações das gorduras intramiocelulares (IMCL) e extramiocelulares (EMCL), creatina total (Cr total) e trimetilamina (TMA), nos músculos tibial anterior e sóleo, nos pacientes em uso de estatina e com sintomas musculares e comparar com indivíduos hipercolesterolêmicos (LDL>=160mg/dL) e normocolesterolêmicos (LDL<160mg/dL), ambos sem tratamento. Também avaliar o efeito da redução do colesterol plasmático (após três meses de tratamento com estatinas) nas concentrações de gorduras IMCL e EMCL. Além disso, fazer uma correlação entre os níveis de CPK destes pacientes com as variáveis da espectroscopia. Noventa e um pacientes (média de 44 anos, 54 mulheres e 37 homens) foram submetidos à coleta de sangue para avaliação do perfil lipídico, TGO, TGP, CPK, TSH, T4 livre, creatinina e glicemia, e H-MRS para avaliação dos metabólitos IMCL, EMCL, Cr total e TMA. Os pacientes foram divididos em três grupos: grupo 1 (pacientes com LDL-C<160mg/dL, sem uso de medicação hipolipemiante) n=49, grupo 2 (pacientes em uso de estatina e apresentando sintomas musculares) n=18 e grupo 3 (pacientes com LDL-C>=160mg/dL, sem uso de estatina) n=24. Os pacientes do grupo 3 foram submetidos à coleta de sangue e a EHRM em dois momentos: antes e três meses após o tratamento com sinvastatina 20mg. Os exames foram realizados utilizando o aparelho de ressonância magnética SIGNA 1,5 T (Tesla) (General Electric, Milwaukee, WI, USA) e as imagens foram analisadas e processadas automaticamente utilizando o programa LCModel versão 6.2 (http://s-provencher.com/). Foram obtidos 115 exames de espectroscopia. Os pacientes do grupo 2 (55±9 anos) eram mais velhos do que os dos grupos 1 (38±11 anos) e 3 (48±9 anos) respectivamente, p<0,001. Houve diferença significante entre os grupos, pré-tratamento, em relação ao colesterol total, LDL-colesterol, triglicérides e TGO (p<0,001). Não foi observada diferença significante nos níveis de CPK entre os grupos 1, 2 e 3 (p=NS). No grupo 3, houve redução significante nos níveis de colesterol total, LDL-C e triglicérides após tratamento com estatina (p<0,05). Não houve diferença significante entre as variáveis IMCL, EMCL, Cr total e TMA, assim como suas razões entre os grupos avaliados e no grupo 3 antes e após o tratamento com estatinas (p=NS).Em relação aos valores de CPK e os resultados encontrados nas espectroscopias dos pacientes do grupo 2, observamos uma correlação positiva e significante entre a análise sérica da CPK e a razão da gordura IMCL e creatina total no músculo tibial anterior (r=0,253; p=0,018). A EHRM é um exame factível para ser utilizado na prática clínica, porém não foi possível demonstrar alterações nas concentrações dos metabólitos nos músculos tibial anterior e sóleo entre os grupos estudados. Os achados de correlações entre a CPK e a razão da gordura IMCL e creatina total podem sugerir uma manifestação precoce de toxicidade muscular causada pelas estatinas, em pacientes com sintomas musculares. / Cardiovascular disease is the leading cause of death in the western world and statins are the most prescribed medications for prevention and treatment. Despite being the most prescribed drugs, they are still under-used. The main cause of interruption of statin treatment is myopathy. Among the mechanisms involved in the pathophysiology of myotoxicity, deficiency of coenzyme Q10 has been described as the main cause of this side effect. Creatine kinase (CK) is a biomarker for severity of muscle damage, but its levels may be normal or increased in patients on statin use and muscle symptoms. Thus, proton magnetic resonance spectroscopy (H-MRS) could assist in the diagnosis of muscle toxicity caused by statins, through a study of the metabolic changes. The aim of this study is to evaluate the concentrations of intramyocellular (IMCL) and extramyocellular lipids (EMCL), total creatine and trimethylamine (TMA), on tibialis anterior and soleus muscles in patients on statin use and muscle symptoms and compare with hypercholesterolemic subjects (LDL >= 160mg/dL) and normal subjects (LDL<160mg/dL), both without treatment. Also, the effect on LDL serum levels (after three month statin treatment), and concentrations of IMCL and EMCL lipids. In addition, make a correlation between the levels of CK and the variables of spectroscopy. Ninety-one patients (mean age=44, 54 women and 37 men) were submitted to blood sampling for evaluation of serum total cholesterol, LDL-C, HDL-C, triglycerides, AST, ALT, CK, glucose, TSH and creatinine, and H-MRS for evaluation of metabolites, IMCL and EMCL lipids, total creatine and TMA. Patients were divided in 3 groups: 1 (patients with LDL-C<160mg/dL, without statin use) n=49, 2 (patients on statin use and muscle symptoms) n=18 and 3 (patients with LDL-C>=160mg/dL, without statin use) n=24.Group 3 were subjected to blood sampling and the H-MRS on two occasions: before and three months after treatment with simvastatin 20 mg. The tests were carried out in a MRI SIGNA 1.5 Tesla (General Electric, Milwaukee, WI, USA) magnet and the images were processed automatically using the software LCModel version 6.2 (http://s-provencher.com/). From the 91 study subjects a total of 115 H-MRS scans were performed. Patients in group 2 (age 55.0 ± 9.0 years) were older, respectively, than in groups 3 (48.0 ± 9.0 years) and 1 (38.0 ± 11.0 years), p<0.001. There was a statistically significant difference between the groups before treatment in relation to the total cholesterol, LDL-cholesterol, triglycerides and AST (p<0.001). There were no significant differences on plasma CK levels, in patients presenting muscle symptoms (p=NS). In Group 3, there was significant reduction in levels of total cholesterol, LDL-C and triglycerides after treatment with statin (p<0.05).There were no significant differences regarding median IMCL variables, EMCL, total creatine and TMA, in the tibialis anterior and soleus muscles as well as their ratios among the three groups and after group 3 three month treatment (p=NS). A significant and positive correlation (r=0.253, p=0.018), was found in group 2 between serum CK and the ratio of intramyocellular and total creatine in tibialis anterior muscle. H-MRS is a feasible exam to be used in clinical practice; however it has not been possible to demonstrate changes in concentrations of the metabolites in the tibialis anterior and soleus muscles. The findings of correlations between CK and intramyocellular and total creatine may suggest an early manifestation of muscle toxicity caused by statins in patients with muscle symptoms.

Neste trabalho foi estudado o condutor protônico HPb2Nb3O10. nH2O , por Ressonância Magnética Nuclear pulsada do próton \'ANTPOT.1H\'. Tanto o estudo da forma de linha como a relaxação spin-rede, em função da temperatura, refletem a mobilidade das espécies protônicas neste material. O início dos movimentos iônicos e moleculares produzem um forte estreitamento da largura de linha acima de 130 K. Os dados da taxa de relaxação spin-rede (1/T1) mostra um máximo entre 253 K e 273 K que depende da hidratação (n). As energias de ativação obtidas dos resultados de relaxação e largura de linha variam entre 0,14eV e 0,4eV, dependendo da hidratação. Os resultados de condutividade e RMN são consistente com um mecanismo de condução do tipo Grotthus, que consiste numa sucessão de movimentos reorientacionais e saltos de prótons. O coeficiente de difusão protônica foi estimado dos parâmetros obtidos de RMN sendo da ordem de 10-8 cm2/s. Este valor leva a uma condutividade da ordem de 10-3 S/ cm. / The protonic conductor HPb2Nb3O10. nH2O , was studied by pulsed Nuclear Magnetic Resonance (NMR) of \'ANTPOT.1H\'. The temperature dependence of the spin-lattice relaxation rate (1/\'T IND.1\') and line width, reflect the mobility of the protonic species present in this material. The onset of ionic and molecular motions produces a strong narrowing of the line at temperatures above 130 K. The spin-lattice relaxation data, obtained above 200 K, shows a maximum in 1/\'T IND.1\', peaking in the range 253 K to 273 K, depending on the value of n. Activation energies of protonic motions, measured from line width and relaxation data, are n dependent and lies in the range of 0,14 eV to 0,4 eV. Results of NMR and conductivity are consistent with the Grotthus conduction mechanism, consisting of a succession of molecular re-orientations and proton jumps. The protonic diffusion coefficient was estimated from the parameters obtained from NMR relaxation and found to be of the order of 10-8 cm2/s, leading to a conductivity of about 10-3 S/ cm.

Neste trabalho foram sintetizadas seis novas aminas lipofílicas fluorescentes contendo cadeias alquílicas de diferentes tamanhos, derivadas de compostos heterocíclicos do tipo 2-(2'-hidroxifenil)benzazólicos. Suas estruturas foram confirmadas através das técnicas de Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio e Carbono, bem como Espectroscopia de Absorção na região do Infravermelho e Espectrometria de Massas de Alta Resolução. As moléculas sintetizadas foram incorporadas em lipossomas compostos por fosfatidilcolina (PC) da lecitina de soja e lipossomas de PC contendo o anfifílico glicoconjugado (C22PEG900GlcNAc), em proporção de 1:1. Ambos foram obtidos pelo método de evaporação em fase reversa. A caracterização destes se deu por experimentos de potencial zeta (PZ) e espalhamento de luz dinâmico (DLS). Os lipossomas apresentaram altos valores de potencial zeta, mesmo após um período de 30 dias mantidos à temperatura ambiente, sugerindo que estes sistemas apresentam estabilidade coloidal contra processos de agregação. Análises feitas por DLS indicaram que os lipossomas apresentam um diâmetro de 100 nm, tanto na ausência como na presença das moléculas sintetizadas. Foi realizado o estudo fotofísico das aminas em solventes orgânicos e em solução de tampão fosfato salino (pH 7,2), através de medidas de absorção na região do UV–Vis e emissão de fluorescência. Além disso, através de estudo fotofísico, foi avaliada a inserção das aminas nos lipossomas. O coeficiente de partição das moléculas nos lipossomas foi determinado e os altos valores apresentados indicam alta lipofilicidade das mesmas, além disso, através destas medidas foi verificado que estas tendem à saturação com o aumento da cadeia alifática indicando maior afinidade pelo ambiente hidrofóbico do sistema estudado. Foi avaliada a interação dos lipossomas de PC contendo o anfifílico glicoconjugado (C22PEG900GlcNAc) com a lectina WGA, tanto na ausência como na presença das aminas. Testes de interação das aminas com albumina sérica bovina indicaram alta interação através de um mecanismo de supressão de fluorescência estático. / In this work six new benzazolic based fluorescent lipophilic amines presenting alkyl chains of different sizes were synthesized. Their structures were confirmed by classical spectroscopic techniques, as well as, High Resolution Mass Spectrometry. The photophysical study of the amines was carried out in organic solvents and in phosphate buffered saline solution (pH 7.2), by absorption measurements in the UV–Vis region and fluorescence emission. These compounds present absorption in the UV–region and emission in the visible region of the spectra. The synthesized molecules were incorporated into liposomes composed of phosphatidylcholine (PC) from soy lecithin and PC liposomes containing the amphiphilic glycoconjugate (C22PEG900GlcNAc), in a ratio of 1:1 (w/w). Both were obtained by the reverse phase evaporation method. The liposomes were characterized by zeta potential (PZ) and dynamic light scattering (DLS). The liposomes presented high values of zeta potential suggesting that these systems present colloidal stability against aggregation processes. DLS data indicated that the liposomes have a diameter of 100 nm. In addition, the insertion of the amines into the liposomes was evaluated by fluorescence emission spectroscopy. The coefficient of partition of the molecules in the liposomes was also determined. The high values indicated high lipophilicity of the synthesized compounds. The interaction of liposomes PC containing the glycoconjugate C22PEG900GlcNAc with WGA, both in the absence and presence of the amines, was evaluated. Overall, the synthesized compounds showed potential application staining liposomes and as optical sensor for BSA in solution through a static fluorescence suppression mechanism.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Compara el desempeño diagnóstico de la imagen por resonancia magnética con la artroscopía en patología meniscal de rodilla en el Hospital Nacional Dos de Mayo, durante el año 2010. Se realizó un estudio clínico retrospectivo y de diseño transversal en pacientes del Hospital Nacional 2 de Mayo en el 2011, entre Enero de 2010 y Diciembre 2010 se evaluaron 26 pacientes con lesión meniscal, ruptura del ligamento cruzado anterior. Se efectuó estudio de imagen por resonancia magnética y cirugía artroscópica de rodilla. Se calcularon la sensibilidad, especificidad, valores predictivos positivos y negativos. Se estudiaron 26 pacientes con una edad media de 26.81 años. El estudio muestra a pacientes con sospecha de lesión meniscal y que fueron sometidos a exploración con resonancia magnética y artroscopia. La precisión de la exploración para resonancia magnética y artroscopia fue del ligamento cruzado anterior (96%), menisco interno grado III y IV (69% y 71%) y menisco externo grado III (69%). Los resultados mostraron efectividad del diagnóstico con resonancia magnética nuclear en 96 % de los casos para ligamento cruzado anterior,69% para menisco interno de III ,71% para menisco interno de IV grado además de 69 % para menisco externo de III grado. / Trabajo de investigación

Esta Tesis Doctoral comprende la caracterización del infarto de miocardio evaluado mediante el uso de la resonancia magnética. Se centra en la cuantificación de los principales índices que se pueden medir a partir de las imágenes de las distintas secuencias obtenidas mediante la resonancia magnética cardiaca. El uso de esta técnica se considera en la actualidad como el método de referencia ya que permite explorar la anatomía del corazón de forma no invasiva y valorarlo de forma cualitativa, semicuantitativa y cuantitativa. El infarto de miocardio es una de las enfermedades que más mortalidad producen en el mundo. El objetivo general de esta tesis fue evaluar cuantitativamente mediante la realización de un análisis precoz tras un infarto de miocardio cuáles de los índices nos permiten predecir una fracción de eyección preservada a los seis meses del infarto agudo de miocardio con elevación del segmento ST. Los pacientes incluidos en este trabajo fueron evaluados previamente por un cardiólogo y se le realizó el protocolo de estudio de cardiopatía isquémica, cumpliendo con la Declaración Helsinki. Todos los pacientes se evaluaron de igual manera mediante un estudio de resonancia magnética cardiaca. En el sexto mes se repitió la resonancia magnética cardiaca siguiendo el mismo protocolo que en la exploración inicial. La cuantificación de las imágenes de resonancia magnética cardiaca se realizó en una estación de trabajo, utilizando el software específico QMASS MR 6.1.5. Se evaluaron los parámetros derivados de cada secuencia mediante definición manual de los bordes endocárdicos en todos los cortes. La localización de los segmentos se llevó a cabo aplicando el modelo de 17 segmentos. En conclusión el análisis cuantitativo de los diferentes índices nos permite saber con claridad cuáles de estos índices son útiles para predecir la función sistólica tardía después de un infarto de miocardio. / Chaustre Mendoza, LF. (2013). Caracterización del infarto de miocardio por RM.Cuantificación de parámetros morfológicos y funcionales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29754

[ES] El desarrollo de nuevas metodologías para la detección y tratamiento del cáncer pasa por la necesidad de minimizar los efectos secundarios de las terapias actuales. En este campo, la nanotecnología permite diseñar y fabricar vehículos de agentes terapéuticos y/o de diagnóstico que pueden dirigirse selectivamente al tejido patológico y responder a estímulos específicos que permiten ejercer un control estricto sobre la actividad biológica de estos sistemas. En este contexto, en la presente tesis doctoral se aborda el diseño, síntesis y validación biológica de sistemas basados en nanopartículas de redes organometálicas (nanoMOFs). El objetivo general es el estudio y evaluación del potencial de los nanoMOFs como componentes estructurales de vehículos destinados a aplicaciones biomédicas, concretamente a la difusión intracelular de fármacos y a la mejora de la resolución de imagen clínica. Dicho planteamiento da lugar a dos retos principales: Desarrollar sistemas estables basados en nanoMOFs de Fe3+ para la difusión intracelular de fármacos antitumorales. Desarrollar sistemas estables basados en nanoMOFs de Fe3+ y Gd3+ para la obtención de nuevos agentes de contraste para mejorar la imagen por resonancia magnética. Para implementar el primero de estos retos, se han preparado materiales para liberación controlada de camptotecina (CPT) basados en nanoMOFs funcionalizados con grupos amino, MIL-100(Fe) y MIL-101(Fe) nanoMOF a los cuales se une CPT mediante enlace covalente sobre los grupos amino, ya sea por amidación o por química click. Los derivados del MIL-101(Fe) cargados con CPT presentan una internalización celular mejorada debido a su potencial ¿ positivo y una fuerte respuesta al pH ácido, aumentando la descarga del fármaco de 2 a 4 veces a pH 5, lo que estimula la liberación intracelular por actividad endosomolítica. En general, estos nanoMOFs constituyen un vehículo apropiado para la difusión segura de CPT, con gran potencial para su uso in vivo. Respecto del segundo reto, se han desarrollado diversos agentes de contraste para imagen por resonancia magnética basados en un MOF análogo del azul de Prusia, Gd(H2O)4[Fe(CN)6], capaces de mejorar tanto la relajatividad longitudinal (T1), como la transversal (T2). Mediante reacción del Gd(H2O)4[Fe(CN)6] con silicato en medio alcalino se han obtenido nanopartículas monodispersas de óxido de Gd-Si conservando la morfología original, con valores de T1 y T2 in vitro superiores a las disoluciones comerciales de quelatos de Gd3+ y excelente estabilidad en fluidos fisiológicos. Asimismo, se ha obtenido un nuevo material híbrido por recubrimiento de las nanopartículas de Gd(H2O)4[Fe(CN)6] con una delgada capa de sílice, por hidrólisis y polimerización del silicato a pH neutro. Dicho material presenta valores de T1 un orden de magnitud superior a los sistemas basados en quelatos de Gd3+ y un contraste positivo mucho más fuerte en imágenes de resonancia in vitro e in vivo, debido al efecto sinérgico entre los centros magnéticos de Gd3+ y Fe3+ estrechamente conectados a través de enlaces tipo ciano en una estructura cristalina muy compacta. Además, estas nanopartículas presentan una composición muy homogénea y una relación atómica de Gd:Fe constante, proporcionando excelente reproducibilidad en la señal. / [CA] El desenvolupament de noves metodologies per a la detecció i tractament del càncer passa per la necessitat de minimitzar els efectes secundaris de les teràpies actuals. En aquest camp, la nanotecnologia permet dissenyar i fabricar vehicles d'agents terapèutics i/o de diagnòstic que poden dirigir-se selectivament al teixit patològic i respondre a estímuls específics que permeten exercir un control estricte sobre l'activitat biològica d'aquests sistemes. En aquest context, en la present tesi doctoral s'aborda el disseny, síntesi i validació biològica de sistemes basats en nanopartícules de xarxes organometàliques (nanoMOFs). L'objectiu general és l'estudi i avaluació del potencial dels nanoMOFs, com a components estructurals de vehicles destinats a aplicacions biomèdiques, concretament a la difusió intracel·lular de fàrmacs i a la millora de la resolució d'imatge clínica. Aquest plantejament dona lloc a dos reptes principals: Desenvolupar sistemes estables basats en nanoMOFs de Fe3+ per a la difusió intracel·lular de fàrmacs antitumorals. Desenvolupar sistemes estables basats en nanoMOFs de Fe3+ i Gd3+ per a l'obtenció de nous agents de contrast per a millorar la imatge per ressonància magnètica. Per a implementar el primer d'aquests reptes, s'han preparat sistemes d'alliberament controlat de camptotecina (CPT) basats en nanoMOFs funcionalitzats amb grups amino, MIL-100(Fe) i MIL-101(Fe) nanoMOF als quals s'uneix CPT mitjançant enllaç covalent sobre els grups amino, ja siga per amidació o per química click. Els derivats del MIL-101(Fe) carregats amb CPT presenten una internalització cel·lular millorada a causa del seu potencial ¿ positiu i una forta resposta al pH àcid, augmentant la descàrrega del fàrmac de 2 a 4 vegades a pH 5, la qual cosa estimula l'alliberament intracel·lular per activitat endosomolítica. En general, aquests nanoMOFs constitueixen un vehicle apropiat per a la difusió segura de CPT, amb gran potencial per al seu ús in vivo. Respecte del segon repte, s'han desenvolupat diversos agents de contrast per a ressonància magnètica basats en un MOF anàleg del blau de Prússia, Gd(H2O)4[Fe(CN)6], capaços de millorar tant la relaxativitat longitudinal (T1), com la transversal (T2). Mitjançant reacció del Gd(H2O)4[Fe(CN)6] amb silicat en pH alcalí s'ha obtingut nanopartícules monodisperses d'òxid de Gd-Si conservant la morfologia original, amb valors de T1 i T2 in vitro superiors a les dissolucions comercials de quelats de Gd3+ i excel·lent estabilitat en fluids fisiològics. Així mateix, s'ha obtingut un nou material híbrid per recobriment de nanopartícules de Gd(H2O)4[Fe(CN)6] amb una capa prima de sílice, per hidròlisi i polimerització del silicat a pH neutre. Aquest material presenta valors de T1 un ordre de magnitud superior als sistemes basats en Gd3+ i un contrast positiu molt més fort en imatges de ressonància in vitro e in vivo, a causa d'aquest efecte sinèrgic existent entre els centres magnètics de Gd3+ i Fe3+ estretament connectats a través d'enllaços tipus ciano en una estructura cristal·lina molt compacta. A més, aquestes nanopartícules presenten una composició molt homogènia i una relació atòmica de Gd:Fe constant, proporcionant total reproductibilitat en el senyal. / [EN] Developing new methodologies for cancer diagnosis and therapy involves the need to minimize current therapies secondary effects. In this field, nanotechnology brings out the opportunity to design and manufacture vehicles for therapeutic and/or diagnostic agents, which may be selectively targeted to the pathological tissue and respond under specific stimuli that allow to accurately control the systems biological activity. In this context, this doctoral thesis tackles the design, synthesis and biological validation of metalorganic nanoparticle-based systems (nanoMOFs). The general aim is the study and evaluation of nanoMOFs potential as structural components of vehicles for biomedical use, mostly to drug intracellular diffusion and clinical imaging improvement. This rationale leads to two main challenges: Developing stable systems based on Fe3+ nanoMOFs for intracellular diffusion of antitumor drugs. Developing stable systems based on Fe3+ and Gd3+ nanoMOFs to obtain novel contrast agents that can enhance magnetic resonance imaging. In order to address the first challenge, we have prepared camptothecin (CPT) controlled release materials based on amino group functionalized nanoMOFs, MIL-100(Fe) and MIL-101(Fe), where CPT is covalently bonded over amino groups by amidation or click chemistry. CPT-loaded MIL-101(Fe) derivatives have shown improved cell internalization due to their positive ¿ potential and a strong response to acid pH, increasing drug discharge over 2-4 fold at pH 5, which promotes intracellular release by endosomolytic activity. Overall, these nanoMOFs provide an appropriate vehicle for safe CPT diffusion, with good potential at in vivo use. With regards to our second challenge, we have developed different contrast agents for magnetic resonance imaging based on a Prussian Blue analogue, Gd(H2O)4[Fe(CN)6], that is able to increase both longitudinal (T1) and transversal relaxivity (T2). By reaction of Gd(H2O)4[Fe(CN)6] with silicate in alkaline medium we have obtained Gd-Si oxide monodispersed nanoparticles keeping the pristine morphology, with T1 y T2 in vitro values higher that Gd3+ chelate commercial solutions. Moreover, we have obtained a novel hybrid material by Gd(H2O)4[Fe(CN)6] nanoparticle covering with a thin silica layer, by silicate hydrolysis and polymerization at neutral pH. Such material presented T1 values one order higher that Gd3+ chelate based systems and a positive contrast much stronger in magnetic resonance images in vitro and in vivo, due to the synergetic effect between Fe3+ and Gd3+ magnetic centers closely connected through cyano-bridge bonds in an extremely dense structure. Furthermore, these nanoparticles present a very homogeneous composition and a constant Gd:Fe atomic ratio, providing excellent signal reproducibility. / En primer lugar, me gustaría dar las gracias a mi director de tesis, quien confió en mí para el desarrollo del proyecto que se plasma en estas páginas y a la fundación La Caixa, por el soporte económico que he recibido en esta etapa académica. / Cabrera García, A. (2019). DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALES NANOESTRUCTURADOS BASADOS EN REDES ORGANOMETÁLICAS CON APLICACIONES BIOMÉDICAS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118799

A esteatose hepática, que se caracteriza pelo acúmulo excessivo de gordura nas células do fígado, é um problema que vem preocupando a comunidade médico-científica, pois sua incidência vem aumentando a nível global, com expectativa de se tornar a doença crônica hepática de maior predominância em várias partes do mundo. Apesar de ser considerada uma doença benigna, a esteatose pode evoluir para doenças mais graves como cirrose, fibrose avançada, esteato hepatite (com ou sem fibrose) ou carcinoma. Entretanto, é potencialmente reversível, mesmo em quadros mais graves, o que reforça a urgência de se desenvolver métodos confiáveis para detecção e avaliação, inclusive ao longo de tratamento. Os métodos atuais para diagnóstico e quantificação da gordura hepática ainda são falhos: com a ultrassonografia não se é capaz de realizar quantificação; a tomografia computadorizada faz uso de radiação ionizante; a punção (biópsia), considerada o padrão ouro, é precisa, mas invasiva e pontual. A Ressonância Magnética (RM), tanto com espectroscopia (MRS) como com imagem (MRI), são alternativas completamente não invasivas, capazes de fornecer o diagnóstico e quantificação da gordura infiltrada no fígado. Entretanto, os trabalhos encontrados na literatura utilizam sequências de pulsos desenvolvidas especialmente para esse fim, com métodos de pós-processamento extremamente rebuscados, o que não é compatível com o estado atual dos equipamentos encontrados em ambientes clínicos nem mesmo ao nível de experiência e conhecimento das equipes técnicas que atuam em clínicas de radiodiagnóstico. Assim, o objetivo central do presente trabalho foi avaliar o potencial da RM como candidato a método de diagnóstico e de quantificação de gordura em ambientes clínicos, utilizando, para isso, sequências de pulsos convencionais, disponíveis em qualquer sistema comercial de RM, com protocolos de aquisição e processamento compatíveis com àqueles realizados em exames clínicos, tanto no que se refere à simplicidade como ao tempo total de aquisição. Foram avaliadas diferentes abordagens de MRS e MRI utilizando a biópsia hepática como padrão de referência. Foram avaliados pacientes portadores de diabetes tipo II, que apresentam alta prevalência de esteatose hepática não alcoólica, além de grande variabilidade nos percentuais de gordura. Foram realizadas medidas de correlação, acurácia, sensibilidade e especificidade de cada uma das abordagens utilizadas. Todos os métodos avaliados apresentaram alto grau de correlação positiva (> 87%) com os dados obtidos de maneira invasiva, o que revela que os valores obtidos utilizando RM estão de acordo com aquilo observado pela biópsia hepática. Muito embora os métodos de processamento utilizados não sejam tão complexos quanto seriam necessários caso uma quantificação absoluta fosse desejada, nossas análises mostraram alta acurácia, especificidade e sensibilidade da RM na avaliação da esteatose. Em conclusão, a RM se apresenta, de fato, como uma excelente candidata para avaliar, de forma não invasiva, a fração de gordura hepática, mesmo quando se considera as limitações impostas por um ambiente clínico convencional. Isso sugere que essas novas metodologias podem começar a migrar para ambientes clínicos sem depender das sequências complexas e dos processamentos exóticos que estão descritos na literatura mais atual. / Hepatic steatosis is a disease characterized by excessive accumulation of fat in liver cells. Its incidence is increasing and it is expected to become the chronic liver disease with the highest prevalence worldwide, which became a major concern to medical and scientific community. Although considered a benign disease, fatty liver can evolve to more serious diseases such as cirrhosis, advanced fibrosis, steatohepatitis (with or without fibrosis) or carcinoma. However, it is potentially reversible, even in the most severe cases, which reinforces the urgent need to develop reliable methods for detection and evaluation, including throughout treatment. Current methods for diagnosis and measurement of liver fat are still flawed: ultrasound is not able to perform quantification; CT uses ionizing radiation; biopsy, considered the gold standard, is accurate but invasive and focal. Magnetic resonance imaging (MRI) and spectroscopy (MRS) are completely non-invasive alternatives capable of providing diagnosis and quantification of infiltrated fat in the liver. However, studies in the literature frequently employ pulse sequences especially developed for this purpose, with extremely elaborate post-processing methods, which are not compatible with the current state of the art of typical clinical scanners or even with the level of experience and knowledge of technical staff working in radiology clinics. Thus, the main goal of this study was to evaluate the potential of MRI as a candidate for diagnosing and quantifying fat liver in clinical settings, using conventional pulse sequences, acquisition and post-processing protocol, compatible with those performed in clinical examinations in both simplicity and total acquisition time. We investigated different approaches of MRI and MRS using liver biopsy as reference standard. We evaluated patients with type II diabetes, which have a high prevalence of non-alcoholic fat liver disease, and great variability in the percentage of fat. Correlation, accuracy, sensitivity and specificity measurements of each of the approaches used were performed. All evaluated methods highly correlated (> 87%) with the data obtained from invasive measurement, which shows that the values obtained using MRI are consistent with that observed for liver biopsy. Although the processing methods used are not as complex as would be required if an absolute quantification was desired, our analyzes showed high accuracy, sensitivity and specificity of MRI in the evaluation of steatosis. In conclusion, MRI is an excellent candidate to assess liver fat fraction in a non-invasive way, even when considering the limitations imposed by conventional clinical setting. This suggests that these new methods may begin to migrate to clinical environments without relying on complex sequences and exotic post-processing techniques that are described in the current literature.

Nessa tese de doutorado foram caracterizadas as configurações das tiossemicarbazonas do 2-formilpiridina (PATS2) e derivados no estado sólido e em solução utilizando as técnicas espectroscópicas Raman e ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H RMN). Utilizando os dados espectroscópicos obtidos foi possível obter informações da estereoquímica desses compostos. Verificamos que a substituição de alguns átomos de hidrogênio por grupos metilas causaram no caso particular do 4,4\' dimetil-tiossemicarbazona do 2-formilpiridina (DMePATS2), a estabilização do isômero Z ao invés do E. O estudo da caracterização desses compostos em solução mostrou que existe uma forte dependência da configuração presente em solução com o solvente. Essa dependência foi correlacionada com o valor de donor number dos solventes. Solventes com alto valor de donor number favorecem a formação de ligações de hidrogênio intermoleculares (composto-solvente) e, portanto, estabiliza o isômero E. Por outro lado, em solventes com menor valor de donor number, o isômero Z é estabilizado pela ligação de hidrogênio intramolecular. Comparando o efeito que os cátions alcalinos e alcalinos terrosos exercem sobre as configurações dos compostos PATS2 e DMePATS2, observamos novamente que os grupos metilas substituídos no N(4\') do DMePATS2 têm um papel importante nas propriedades desses compostos. No caso do PATS2 não ocorre a formação de complexos com esses metais em solução de ACN, esses cátions somente aumentam a velocidade da isomerização E-Z PATS2. Para o DMePATS2, ocorre a formação de complexos com os cátions estudados o que pode ser explicado pela presença dos grupos metílicos que aumentam a basicidade dos centros de coordenação da molécula favorecendo o ataque pelos cátions e estabilizando os complexos. Uma vez caracterizada as estruturas configuracionais predominantes no estado sólido e em solução, apresentamos a caracterização desses compostos adsorvidos em eletrodos utilizando nesse estudo a técnica SERS. Os resultados mostraram que a configuração do DMePATS2 adsorvido em eletrodo de prata depende do potencial aplicado ao eletrodo. Para potenciais negativos, a configuração predominante é E enquanto que para potenciais positivos existe quase que somente o isômero Z no eletrodo. A mudança no potencial aplicado ao eletrodo causa, portanto, isomerização E-Z reversível do DMePATS2 na superfície de prata. Verificamos que na presença de Mg2+ o isômero E DMePATS2 não é observado no eletrodo de prata devido a formação do complexo Mg2+-E-DMePATS2 em solução, ou seja, o complexo Mg2+-E-DMePATS2 não adsorve na superfície. Esse resultado indica que se a coordenação e a adsorção à superfície envolvem o mesmo sítio molecular, ocorre uma competição entre esses dois processos. No caso do 4-formilpiridina tiossemicarbazona (PATS4), os resultados SERS mostraram que variando o potencial aplicado ao eletrodo, não se observa nenhuma mudança significativa nos espectros em função do potencial indicando que não ocorre isomerização com o potencial, o que era esperado já que não existe possibilidade de formar ligação de hidrogênio intramolecular com o N do anel piridínico. Na presença de Mg2+ foi verificado que o complexo Mg2+-PATS4 adsorve na superfície do eletrodo. Devido às atividades biológicas desses compostos e aos diferentes mecanismos propostos na literatura, existe o interesse de conhecer os produtos da redução faradáica dos PATSn. Para isso, utilizamos a técnica SERS onde o potencial aplicado ao eletrodo é monitorado junto a um potenciostato acoplado a um registrador que indica o potencial de redução desses compostos. A espectroscopia na região do UV-Vis foi a técnica complementar usada na caracterização dos produtos faradáicos. Os resultados indicam que o 2-picolilamina e a tiouréia são os produtos de redução do PATS2. Um outro ponto de interesse desse trabalho foi a investigação do desempenho do 4-formilpiridina tiossemicarbazona (PATS4) como modificador de eletrodo para mediar a interação entre eletrodo de prata e o citocromo c (Cc). Nesse caso a técnica SERS, Raman intensificado pela superficie (&#955;0=632,8 nm) e a técnica SERRS, Raman Ressonante intensificado pela superficie (&#955;0=413,1 nm) foram utilizadas. A adição de Cc na solução eletrolítica não causou nenhuma mudança espectral nos modos vibracionais no espectro SERS do PATS4 que pudessem estar relacionadas à formação de ligação de hidrogênio entre a biomolécula e o modificador. Os espectros SERRS do Cc em eletrodos de prata modificados com PATS4 foram dependentes no entanto, com o potencial aplicado ao eletrodo indicando uma interação com o eletrodo. Em -0,4 V (vs. Ag/AgCl) são observadas as bandas características do Fe2+Cc em ca. 1368 e 1550 cm-1 e, quando oxidado a Fe3+Cc (+0,lV) essas bandas deslocam respectivamente para ca 1376 e 1562 cm-1. Sintetizamos o complexo [Ru(CN)5PATS4]3- e obtivemos os espectros SERS na presença e ausência de citocromo c. Como nesse complexo o N piridínico está ligado ao complexo de rutênio, não existe a possibilidade de formação de ligação de hidrogênio entre o anel piridínico do PATS4 e o citocromo c. Dessa maneira, se a interação entre o modificador e a biomolécula ocorresse por ligações de hidrogênio, deveríamos observar mudanças nos espectros SERS na região das bandas do estiramento do grupo C&#8801;N. Os resultados desses experimentos não apresentaram nenhuma evidência quanto à formação de ligações de hidrogênio nesse sistema, o que indica que a interação entre o citocromo c e o [Ru(CN)5PATS4]3- seja eletrostática. / In this PhD thesis 2-formylpiridine thiosemicarbazone (PATS2) and derivatives configurations were characterized in the solid state and in solution using Raman and 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopies. Using spectroscopic data obtained from defined model solutions, information on the stereochemistry could be derived. It has been verified that the presence of the methyl groups in the N(4\') atom of DMePATS2 caused a stabilization of the Z isomer in the solid state instead of the stable E isomer in PATS2. Investigation in solution has shown a strong influence of the donor number of the solvents on the configuration of these compounds. Solvents with high donor numbers favor the formation of an intermolecular hydrogen bond between the solvent and the compound under investigation, thus stabilizing the E isomer. On the other hand, in solvents with low donor numbers, the Z isomer is stabilized due to intramolecular hydrogen bond. The methyl groups in DMePATS2 are also responsible for the different behavior of PATS2 and DMePATS2 in the presence of alkali and alkaline earth cations. Whereas in case of PATS2 these cations only catalyze the E-Z isomerization in ACN solution, complex formation between DMePATS2 and the cations was found to take place. The observed difference in behavior can be explained by an increase in the basicity of the coordination binding sites in DMePATS2 with respect to PATS2, which stabilizes the cation-DMePATS2 complexes. After characterization of the configuration of the compounds in the solid state and in solution, these molecules were adsorbed on a silver electrode and studied by SERS spectroscopy. The results have shown that the configuration of DMePATS2 adsorbed on the silver electrode depended on the applied potential. For negative potentials, the predominant configuration was E, while for positive potentials, almost only the Z isomer was found. In the presence of Mg2+ only the Z isomer of DMePATS2 was observed at any potential, which can be explained by the formation of Mg2+-E-DMePATS2 complex in solution. Additionally a comparison between the SERS result obtained for DMePATS2 and PATS4 (4-formylpyridine thiosemicarbazone) was made. In the case of PATS4, the SERS results have shown that there is no change in the spectra when the applied potential is varied; that could be related to an isomerization process, which was expected since there is no possibility of forming an intramolecular hydrogen bond in this compound. The SERS spectra of PATS4 in the presence of Mg2+ indicate the formation of the Mg2+ -PATS4 complex on the surface. The interest on the reduction products of these compounds concerns to the fact that they have a large spectrum of biological activities. Therefore they have been studied in more detail using SERS and UV-Vis spectroscopy. In the case of PATS2, 2-picolylamine and thiourea could be identified as reduction products of the electrochemical reaction. A further subject of interest was the investigation of the ability of 4-formylpyridine thiosemicarbazone (PATS4) to act as a surface modifier to mediate the interaction between a silver electrode and cytocrome c (Cc). In this case, SERS (&#955;ex = 632.8 nm) as well as surface enhanced resonance Raman scattering, SERRS (&#955;ex = 413 .1 nm) spectroscopy were used. Addition of Cc to the electrolytic solution did not induce spectral changes in the vibrational modes of SERS spectra of PATS4 that could be related to the formation of a hydrogen bond between the biomolecule and PATS4. Nevertheless, the SERRS spectra of Cc on modified silver electrode depended on the applied potential indicating an interaction with the electrode. At -0.4 V (vs. Ag/AgCl) the Fe2+Cc state marker bands at ca. 1368 and 1550 cm-1 were observed and, when oxidized to Fe3+Cc (+0.1V), these bands shifted to ca. 1376 and 1562 cm-1, respectively. SERS spectra of [Ru(CN)5PATS4]3- on the silver electrode were also obtained in presence and absence of Cc. In this complex, the pyridinic nitrogen is coordinated with Ruthenium complex. Therefore, the only possibility of forming hydrogen bond with Cc is through the C&#8801;N group. The obtained results did not show any evidence that there is a hydrogen bond between Cc and this modifier. It is proposed that, in this case, the interaction governing the redox reaction is of electrostatic nature.

O estudo do movimento pulmonar é assunto de grande interesse na área médica. A observação direta do mesmo é inviável, uma vez que o pulmão colapsa quando a caixa torácica é aberta. Dentre os meios de observação indireta, escolheu-se o imageamento por ressonância magnética em respiração livre e sem uso de nenhum gás para melhorar o contraste ou qualquer informação de sincronismo. Esta escolha propõe diversos desafios, como: a superar a alta variação na qualidade das imagens, que é baixa, em geral, e a suscetibilidade a artefatos, entre outras limitações a serem superadas. Imagens de Tomografia Computadorizada apresentam melhor qualidade e menor tempo de aquisição, mas expõem o paciente a níveis consideráveis de radiação ionizante. É apresentada uma metodologia para segmentação do pulmão, produzindo um conjunto de pontos coordenados. Isto é feito através do processamento temporal da sequência de imagens de RM. Este processamento consiste nas seguintes etapas: geração de imagens temporais (2DSTI), transformada de Hough modificada, algoritmo de contornos ativos e geração de silhueta. A partir de um dado ponto, denominado centro de rotação, são geradas diversas imagens temporais com orientações variadas. É proposta uma formulação modificada da transformada de Hough para determinar curvas parametrizadas que sejam síncronas ao movimento diafragmático, chamados movimentos respiratórios. Também são utilizadas máscaras para delimitar o domínio de aplicação da transformada de Hough. São obtidos movimentos respiratórios que são suavizados pelo algoritmo de contornos ativos e, assim, permitem a geração de contornos para cada quadro pertencente a sequência e, portanto, de uma silhueta do pulmão para cada sequência. / Lung movement visualization is of great interest in medicine. Direct observation of the lung movement is not practicable, as it collapses if the thoracic cage is opened. Among indirect observation means, we choose magnetic resonance imaging, acquired on free breathing, without the use of any triggering information and any special gas to enhance the contrast. This choice leads us to overcome the high variation on MR images\' quality, which is, generally, low, and, also, artifact susceptibility, among other limitations. Computed Tomography images have better quality and a shorter acquisition time, but they expose the subject to considerably high levels of radiation. A Lung segmentation methodology is presented and it produces a connected set of points. That is achieved through MRI sequences temporal processing and it consists of the following stages: masks generation, 2-dimensional space-time images (2DSTI), modified Hough transform, an active contours algorithm and silhouette generation. Using a given point, which will be called parameter point, various temporal images with varied orientation will be generated. A modified Hough transform is applied to extract parameterized curves, that are synchronous to diaphragmatic movement, which will be called respiratory movements. Also, masks will be used in order to delimit the modified Hough transform application domain. An active contours algorithm will smoothen the obtained respiratory movements, so they will allow the generation of a contour for each frame on the image sequence and, therefore, a lung silhouette for a given sequence.