[ES] La presente tesis doctoral titulada "La terapia senolítica como nuevo enfoque terapéutico para la prevención de la cardiotoxicidad inducida por la doxorrubicina" se centra en explorar la eliminación de células senescentes (senolisis) in vitro e in vivo mediante la administración del fármaco senolítico, navitoclax, como opción terapéutica para prevenir la cardiotoxicidad asociada al tratamiento antitumoral con doxorrubicina. La exposición a doxorrubicina afecta gravemente a la población de células cardíacas tanto en ratones como en corazones humanos al inducir senescencia prematura y navitoclax es uno de los senolíticos más potentes y ampliamente conocido en el campo de la senescencia celular pero su administración está asociada a la aparición de efectos adversos, principalmente trombocitopenia. Con el objetivo de mejorar el perfil terapéutico del fármaco, se han desarrollado dos estrategias específicamente dirigidas a células senescentes que incluyen la encapsulación y el desarrollo de un profármaco basado en navitoclax. En la primera sección experimental, abordamos la inducción de senescencia en un modelo in vitro de cardiomiocitos y evaluamos la terapia senolítica como estrategia terapéutica. Desarrollamos y caracterizamos, así mismo, las nanopartículas y la prodroga basada en navitoclax. Este nanodispositivo senolítico se basa en MSNs cargadas con navitoclax y funcionalizadas con un hexa-galacto-oligosacárido (galactán). Por su parte, la prodroga se obtiene tras la conjugación del navitoclax a una molécula de galactosa acetilada. En ambos casos, el mecanismo de la terapia dirigida radica en la presencia de la enzima lisosomal ß-galactosidasa, la cual presenta mayor expresión en las células senescentes. Al entrar en el lisosoma de células senescentes, los enlaces glicosídicos se hidrolizan por acción de la enzima, liberando el fármaco para su función. Los resultados muestran un aumento del efecto terapéutico del fármaco libre. A continuación, ponemos a punto un modelo murino de cardiotoxicidad donde demostramos que la administración sistémica de doxorrubicina induce la expresión de marcadores de cardiotoxicidad y senescencia en el corazón de ratones tratados y contribuye al deterioro de la función cardíaca de los animales seguido por ecografía. En este modelo preclínico, el tratamiento combinado de doxorrubicina con el senolítico navitoclax, en las diferentes formulaciones descritas, conduce a la disminución significativa de los marcadores de senescencia y cardiotoxicidad junto con el restablecimiento de la función cardíaca y, se observa, de manera similar con las tres estrategias mencionadas: fármaco libre, fármaco encapsulado y fármaco en formulación de prodroga. Los resultados científicos presentados en esta tesis resaltan el papel de la senescencia en la progresión de cardiotoxicidad por la administración de doxorrubicina y se concluye que los sistemas senolíticos aquí evaluados podrían ser una herramienta importante para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas en el campo de la prevención de efectos secundarios asociados a terapia. / [CA] La present tesi doctoral titulada "La teràpia senolítica com a nou enfocament terapèutic per a la prevenció de la cardiotoxicitat induïda per la doxorrubicina" se centra en explorar l'eliminació de cèl·lules senescents (senolisis) in vitro i in vivo mitjançant l'administració del fàrmac senolític, navitoclax, com a opció terapèutica per a previndre la cardiotoxicitat associada al tractament antitumoral amb doxorrubicina. L'exposició a doxorrubicina afecta greument a la població de cèl·lules cardíaques tant en ratolins com en cors humans en induir senescència prematura y navitoclax és un dels senolítics més potents i àmpliament conegut en el camp de la senescència cel·lular però la seua administració està associada a l'aparició d'efectes adversos, principalment trombocitopenia. Amb l'objectiu de millorar el perfil terapèutic del fàrmac, s'han desenvolupat dues estratègies específicament dirigides a cèl·lules senescents que inclouen l'encapsulació i el desenvolupament d'un profàrmac basat en navitoclax. En la primera secció experimental, abordem la inducció de senescència en un model in vitro de cardiomiòcits i avaluem la teràpia senolítica com a estratègia terapèutica. Desenvolupem i caracteritzem, així mateix, les nanopartícules i la prodroga basada en navitoclax. Aquest nanodispositiu senolític es basa en MSNs carregades amb navitoclax i modificades amb un hexa-galacto-oligosacàrid (galactán). Per part seua, la prodroga s'obté després de la conjugació del navitoclax a una molècula de galactosa acetilada. En tots dos casos, el mecanisme de la teràpia dirigida radica en la presència de l'enzim lisosòmic ß-galactosidasa, la qual presenta major expressió en les cèl·lules senescents. En entrar en el lisosoma de cèl·lules senescents, els enllaços glicosídics s'hidrolitzen per acció de l'enzim, alliberant el fàrmac per a la seua funció. Els resultats mostren un augment de l'efecte terapèutic del fàrmac lliure. A continuació, posem a punt un model de ratolí on vam demostrar que l'administració sistèmica de doxorrubicina indueix l'expressió de marcadors de cardiotoxicitat i senescència en el cor de ratolins tractats i contribueix a la deterioració de la funció cardíaca dels animals seguit per ecografia. En aquest model preclínic, el tractament combinat de doxorrubicina amb el senolític navitoclax, en les diferents formulacions descrites, condueix a la disminució significativa dels marcadors de senescència i cardiotoxicitat juntament amb el restabliment de la funció cardíaca i, s'observa, de manera similar amb les tres estratègies esmentades: fàrmac lliure, fàrmac encapsulat i fàrmac en formulació de prodroga. Els resultats científics presentats en aquesta tesi ressalten el paper de la senescència en la progressió de cardiotoxicitat per l'administració de doxorrubicina i es conclou que els sistemes senolítics ací avaluats podrien ser una eina important per al desenvolupament de noves estratègies terapèutiques en el camp de la prevenció d'efectes secundaris associats a teràpia. / [EN] The present PhD thesis entitled " Pharmacological senolysis as a new therapeutic approach for the prevention of doxorubicin-induced cardiotoxicity" focuses on exploring the elimination of senescent cells (senolysis) in vitro and in vivo by administration of the senolytic drug, navitoclax, as a therapeutic option to prevent cardiotoxicity associated with antitumor treatment with doxorubicin. Doxorubicin exposure severely affects the cardiac cell population in both mouse and human hearts by inducing premature senescence and navitoclax is one of the most potent and widely known senolytics in the field of cellular senescence, but its administration is associated with the occurrence of adverse effects, mainly thrombocytopenia. In the first experimental section, we addressed the induction of senescence in an in vitro cardiomyocyte model and evaluated senolytic therapy as a therapeutic strategy. We also developed and characterized the nanoparticles targeting senescent cells and the navitoclax-based prodrug. The senolytic nanodevice is based on MSNs loaded with navitoclax and functionalized with a hexa-galacto-oligosaccharide (galactan). The prodrug is obtained after conjugation of navitoclax to an acetylated galactose molecule. In both cases, the mechanism of targeted therapy lies in the presence of the lysosomal enzyme ß-galactosidase, which is highly expressed in senescent cells. Upon entering the lysosome of senescent cells, the glycosidic bonds are hydrolyzed by the action of the enzyme, releasing the drug. The results show an increase in the therapeutic effect of the free drug. Next, we developed a murine model of cardiotoxicity in which we demonstrated that systemic administration of doxorubicin induces the expression of markers of cardiotoxicity and senescence in the heart of treated mice and contributes to the deterioration of the cardiac function of the animals followed by echocardiography. In this preclinical model, the combined treatment of doxorubicin with the senolytic navitoclax, in the different formulations described above, leads to significant decrease in senescence and cardiotoxicity markers along with restoration of cardiac function. Similar results were observed with the three strategies mentioned: free drug, encapsulated drug, and prodrug formulation. The scientific results presented in this thesis highlight the role of senescence in the progression of cardiotoxicity by doxorubicin administration and it is concluded that the senolytic systems evaluated here could be an important tool for the development of new therapeutic strategies in the field of prevention of therapy-associated side effects and represent an alternative to the limitations of current treatments. / Lérida Viso, A. (2023). Pharmacological Senolysis as a New Therapeutic Approach for the Prevention of Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194709

[ES] El cáncer es una de las principales causas de muerte a nivel mundial. Los tratamientos anticancerígenos generalmente usados tienen diversos efectos secundarios producidos por su baja especificidad. Esta es una de las razones por las que se sigue en continua búsqueda de nuevos tratamientos. Dentro de estas nuevas investigaciones se encuentra el extenso campo de la nanomedicina, es decir, el estudio de nuevos materiales a escala nanométrica. Esta permite reducir dichos efectos secundarios aumentando la selectividad y especificidad de los tratamientos. Dentro de los nanomateriales se encuentran las nanopartículas de upconversion que son capaces de absorber luz en el infrarrojo cercano y emitirla en la región ultravioleta-visible. Por otro lado, desde el principio de la historia de la medicina la luz se ha empleado como forma de tratamiento teniendo un rol muy importante. Un inconveniente para dichos tratamientos suele ser la necesidad de emplear luz de la región ultravioleta-visible, pues las biomoléculas son capaces de absorber y produce daño celular. En este contexto, la presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de nuevas formas de tratamiento anticancerígeno combinando nanomedicina y luz. Para ello se han desarrollado nuevos fármacos fototóxicos y nuevos materiales capaces de ser activados mediante luz infrarroja cercana. En primer lugar, se sintetizaron nuevas fluoroquinolonas para explorar sus propiedades fototóxicas para su uso en fotoquimioterapia (Capítulo 3 de la Tesis). Se estudiaron las características fotofísicas y fotoquímicas de los nuevos compuestos, además de su capacidad para producir mayor fototoxicidad en las células en comparación con las fluoroquinolonas como la lomefloxacina mediante la aplicación de luz ultravioleta. En base a los resultados obtenidos se realizó un estudio para determinar las diferencias entre las interacciones de algunas fluoroquinolonas dihalogenadas, incluidas las comentadas anteriormente, y biomoléculas como ADN y proteínas. La reactividad de sus intermedios fotogenerados también se estudió en el Capítulo 4. Tras conocer en profundidad la capacidad fototóxica de los nuevos fármacos, en el Capítulo 5 se llevó a cabo el diseño de un nanosistema compuesto por fluoroquinolonas y nanopartículas de conversión ascendente. Se demostró la alta capacidad fototóxica de este nuevo nanosistema. De esta manera, se generó actividad fototóxica a partir de una fluoroquinolona sin el uso de luz ultravioleta Por otro lado, la formación de profármacos abre la puerta a la administración selectiva de fármacos contra el cáncer. Los profármacos consisten en la unión fotolábil de una molécula capaz de ser activada por la luz y el fármaco de interés. Sin embargo, un conocimiento profundo de las propiedades fotofísicas y fotoquímicas del fotodisparador y de los potenciales redox de ambos miembros de la diada puede ser crucial para obtener la fotoliberación deseada. Así, en el Capítulo 6, se destacó la relevancia de estos datos utilizando un profármaco formado por un derivado de cumarina como molécula fotoactivable y colchicina como fármaco. Finalmente, en el Capítulo 7 se exploró la síntesis de un nuevo nanosistema que contiene un profármaco formado por un derivado de cumarina unido al fármaco contra el cáncer clorambucilo y nanopartículas biocomatibles de conversión ascendente. La adición de albúmina de suero humano como recubrimiento de las nanopartículas cumple la doble función de obtener nanopartículas biocompatibles y ser el lugar de carga del profármaco. / [CA] El càncer és una de les principals causes de mort a nivell mundial. Els tractaments anticancerígens generalment usats tenen diversos efectes secundaris produïts per la seva baixa especificitat. Aquesta és una de les raons per les que se segueix en contínua recerca de nous tractaments. Dins d'aquestes noves investigacions es troba l'extens camp de la nanomedicina, és a dir, l'estudi de nous materials a escala nanomètrica. Aquesta permet reduir aquests efectes secundaris augmentant la selectivitat i especificitat dels tractaments. Dins dels nanomaterials es troben les nanopartícules de upconversion que són capaços d'absorbir llum en l'infraroig proper i emetre-la en la regió ultraviolada-visible. D'altra banda, des del principi de la història de la medicina la llum s'ha emprat com a forma de tractament tenint un paper molt important. Un inconvenient per aquests tractaments sol ser la necessitat d'emprar llum de la regió ultraviolada-visible, ja que les biomolècules són capaços d'absorbir-la i produïr dany cel·lular. En aquest context, la present Tesi Doctoral es centra en l'estudi de noves formes de tractament anticancerigen combinant nanomedicina i llum. Per això s'han desenvolupat nous fàrmacs fototòxics i nous materials capaços de ser activats mitjançant llum infraroja propera. En primer lloc, es van sintetitzar noves fluoroquinolones per explorar les seves propietats fototòxiques per al seu ús en fotoquimioteràpia (Capítol 3 de la Tesi). Es van estudiar les característiques fotofísiques i fotoquímiques dels nous compostos, a més de la seva capacitat per produir major fototoxicitat en les cèl·lules en comparació amb les fluoroquinolones com la lomefloxacina mitjançant l'aplicació de llum ultraviolada. En base als resultats obtinguts es va realitzar un estudi per determinar les diferències entre les interaccions d'algunes fluoroquinolones dihalogenades, incloses les comentades anteriorment, i biomolècules com ADN i proteïnes. La reactivitat de les seves intermedis fotogenerats també es va estudiar en el Capítol 4. Després de conèixer en profunditat la capacitat fototòxica dels nous fàrmacs, en el Capítol 5 es va dur a terme el disseny d'un nanosistema compost per fluoroquinolones i nanopartícules de upconversion. Es va demostrar l'alta capacitat fototòxica d'aquest nou nanosistema. D'aquesta manera, es va generar activitat fototòxica a partir d'una fluoroquinolona sense l'ús de llum ultraviolada D'altra banda, la formació de profàrmacs obre la porta a l'administració selectiva de fàrmacs contra el càncer. Els profàrmacs consisteixen en la unió fotolábil d'una molècula capaç de ser activada per la llum i el fàrmac d'interès. No obstant això, un coneixement profund de les propietats fotofísiques i fotoquímiques del fotodisparador i dels potencials redox de tots dos membres de la diada pot ser crucial per obtenir el fotoalliberament desitjada. Així, en el Capítol 6, es va destacar la rellevància d'aquestes dades utilitzant un profàrmac format per un derivat de cumarina com a molècula fotoactivable i colquicina com a fàrmac. Finalment, en el Capítol 7 es va explorar la síntesi d'un nou nanosistema que conté un profàrmac format per un derivat de cumarina unit a l'fàrmac contra el càncer clorambucilo i nanopartícules biocomatibles de upconversion. L'addició d'albúmina de sèrum humà com a recobriment de les nanopartícules compleix la doble funció d'obtenir nanopartícules biocompatibles i ser el lloc de càrrega del profàrmac. / [EN] Cancer is one of the leading causes of death worldwide. Generally used anticancer treatments have various side effects produced by their low specificity. This is one of the reasons why the search for new treatments continues. Within these new investigations is the extensive field of nanomedicine, which can be explained as the study of new materials on a nanometric scale. It can be translated in the reduction of these side effects by increasing the selectivity and specificity of the treatments. Among the nanomaterials are upconversion nanoparticles that are capable of absorbing light in the near infrared and emit it in the ultraviolet-visible region. On the other hand, since the beginning of the history of medicine, light has been used as a form of treatment, having a very important role. A drawback for such treatments is sometimes the need to use light from the ultraviolet-visible region since biomolecules are capable of absorbing and causing cell damage. In this context, this Doctoral Thesis focuses on the study of new forms of anticancer treatment combining nanomedicine and light. For this, new phototoxic drugs and new materials capable of being activated by near infrared light have been developed. First, new fluoroquinolones were synthesized to explore their phototoxic properties for using in photochemotherapy (Chapter 3 of the Thesis). The photophysical and photochemical characteristics of the new compounds were studied, in addition to their ability to produce greater phototoxicity in cells than fluoroquinolones such as lomefloxacin by applying ultraviolet light. Based on the results obtained, a study was carried out to determine the differences between the interactions of some dihalogenated fluoroquinolones including the above commented, and biomolecules such as DNA and proteins. The reactivity of their photo-generated intermediates was also studied in Chapter 4. After a deep knowledge of the phototoxic capacity of the new drugs, design of a nanosystem composed of fluoroquinolones and upconversion nanoparticles was carried out in Chapter 5. The high phototoxic capacity of this new nanosystem was demonstrated. In this way phototoxic activity was generated from a fluoroquinolone without the use of ultraviolet light. On the other hand, the formation of prodrugs opens a door to the selective administration of anticancer drugs. Prodrugs consist of the photolabile binding of a molecule capable of being activated by light and the drug of interest. However, a knowledge of the photophysical and photochemical properties of the phototrigger as well as the redox potentials of both members of the dyad can be crucial to obtain the desired photorelease. Thus, in Chapter 6, the relevance of these data was highlighted using a prodrug formed by a coumarin derivative as a photoactivatable molecule and colchicine as a drug. Finally, in Chapter 7 the synthesis of a new nanosystem containing a prodrug formed by a derivative of coumarin linked to the anticancer drug chlorambucil, and upconversion biocompatible nanoparticles was explored. The addition of human serum albumin as a coating for the nanoparticles fulfills the dual function of obtaining biocompatible nanoparticles and being the loading site for the prodrug. / Anaya González, C. (2021). Design of New Up-conversion Systems for Anticancer Therapies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172665