El desarrollo de nanofármacos aplicados en terapias frente al cáncer es un prometedor campo de la biomedicina en el cual se entrecruzan diferentes disciplinas científicas como la biología, la ciencia de los materiales, química, medicina y farmacia. Con la aplicación clínica de este tipo de materiales se pretende superar los inconvenientes que presentan los actuales tratamientos contra el cáncer, como una limitada efectividad terapéutica y un gran número de efectos secundarios. La presente tesis doctoral se ha enfocado en la síntesis de nanofármacos basados en sílice para la difusión intracelular y liberación controlada del agente antineoplásico camptotecina. En primer lugar, se llevó a cabo la síntesis de diversos nanomateriales aplicando el método sol-gel. En paralelo, se obtuvieron diferentes profármacos para su posterior incorporación a los materiales mediante enlace covalente. Tras una completa caracterización, se comprobó la estabilidad de los nanofármacos en medio fisiológico y, una vez demostrada su robustez, se procedió al estudio del mecanismo de liberación del principio activo a partir del nanofármaco, realizando experimentos de liberación mediante la aplicación de diferentes estímulos. Sobre los datos experimentales obtenidos se aplicaron varios modelos cinéticos de liberación de fármacos, observando que la difusión en matrices granulares es el fenómeno físico-químico de mayor influencia. Posteriormente, se evaluó la actividad antineoplásica in vitro de los nanofármacos mediante ensayos de viabilidad celular, apreciando una toxicidad similar a la del fármaco libre. Por otro lado, también se realizaron experimentos para determinar los principales factores que influyen en la internalización de los materiales por parte de las células, siendo estos el diámetro hidrodinámico y la hidrofobicidad del material. Finalmente, se investigó la biodistribución, tolerabilidad y eficacia terapéutica in vivo en un modelo de xenoinjerto de cáncer colorectal humano en ratones. A pesar de observarse una importante captación del nanofármaco por células del sistema retículoendotelial, la acumulación del sistema terapéutico en el tumor mejoró la efectividad del fármaco libre, a la vez que se minimizaron los efectos secundarios del agente antitumoral. Los resultados obtenidos apuntan al desarrollo de una nueva generación de fármacos basados en nanomateriales híbridos orgánicoinorgánicos, capaces de llevar a cabo terapias anticancerígenas con un elevado grado de eficacia y selectividad. / Muniesa Lajara, C. (2013). Materiales nanoestructurados biocompatibles basados en sílice. Preparación y aplicaciones en terapia anticancerígena [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29691 / TESIS

Esta tesis doctoral se ha centrado en la síntesis y el estudio de diferentes materiales que se aplican a la preparación de catalizadores microestructurados. Este trabajo incluye la preparación de rellenos de sílice robustos mediante una metodología nueva. En general los catalizadores están basados en sílice dopados con Fe o Ti y nanopartículas de metal noble cargadas en sílice. Todos estos catalizadores han sido probados en diferentes reacciones catalíticas tales como reacción de epoxidación de propileno en fase gaseosa, generación de H2 en fase líquida y oxidación selectiva de CO para la purificación de corrientes de H2.

El objetivo del presente trabajo plantea que en ambientes geoquímicos con elevadas concentraciones de sales, una mayor proporción de sales alcalinas producirá un aumento del pH, el que afectará más marcadamente la composición de los constituyentes minerales del suelo. Se propone demostrar que como consecuencia de una alteración más intensa, mayor sería la pérdida y desplazamiento de sílice y alúmina proveniente de la estructura cristalina de los silicatos hacia la solución del medio, en muestras de suelo superficiales de geoformas con ambientes contrastantes en la región semiárida bonaerense. Las labores de muestreo en los sitios de estudio, Calderón (ambiente lacunar) y Cabeza de Buey (ambiente marino), se realizaron en la estación estival y se concentraron en la porción superficial del suelo, por ser donde las sales se encuentran presentes en mayor concentración. En el ambien-te lacunar se diseñó una transecta en forma de toposecuen-cia, desde las geoformas altas adyacentes (planos normales) hasta el sector central de la depresión, siguiendo la misma se procedió al muestreo secuencial cada 100 m abarcando las siguientes situaciones: suelos zonales, del borde de la depre-sión y del interior de la depresión. En el ambiente marino la transecta abarca la planicie marina actual, la planicie marina antigua y el nivel continental. Aquí, teniendo en cuenta el contenido salino los suelos se agruparon conformando situacio-nes de: elevada, moderada y baja salinidad. En el ambiente lacunar las determinaciones fisicoquímicas evaluadas eviden-ciaron una elevada homogeneidad granulométrica dentro de cada uno de los ambientes considerados, además procesos de transporte y acumulación tanto de materiales sedimentarios finos (selección granulométrica), como de sales solubles hacia el interior de la depresión. En el interior de la depresión quedó revelada la formación in situ de carbonatos alcalinos, que de-terminan la fuerte alcalinidad observada, y una mayor libera-ción de sílice y alúmina, desde la fase sólida hacia la solución del medio. Estas condiciones permitieron establecer una se-cuencia pedoquímica lateral, en función de la agresividad del ambiente geoquímico, que abarca desde los sitios más afecta-dos por alteración, como son los del interior de la depresión, pasando por una situación intermedia conformada por los sue-los zonales, hasta llegar a los sectores menos afectados por este proceso, como son los suelos del borde de la depresión. Las determinaciones mineralógicas obtenidas en las fracciones más finas, evidenciaron la neoformación de montmorillonita en los ambientes geoquímicos del interior de la depresión. Por su parte, el análisis petrográfico de la fracción arena media mani-festó en referencia a la composición mineral, aumentos en los contenidos de vidrio volcánico incoloro en el interior de la cu-beta (selección mineralógica), y como consecuencia del accio-nar de estos ambientes se observó, desde el punto de vista cualitativo, que la especie más afectada por meteorización química fue el vidrio volcánico incoloro clasificado con grado de desarrollo avanzado, secundado por cuarzo que presentó rasgos de lixiviación, con grado de desarrollo moderado. En el ambiente marino las propiedades fisicoquímicas y mineralógi-cas analizadas, independiente del contenido salino no presen-taron variaciones significativas a lo largo de la transecta. La escasa alteración detectada no puede ser relacionada con el contenido salino, incluso bajo el accionar de los ambientes geoquímicos altamente salinizados. Considerando la totalidad de los resultados obtenidos (lacunar y marino) se establece que el contenido de sílice amorfa residual, obtenido en la fracción arcilla, es un adecuado indicador de los procesos de alteración química que afectan a los minerales del suelo, para condiciones como las de la zona en estudio.Se concluye que la alteración de los minerales constituyentes del suelo, es principalmente influida por el tipo de sales presentes, y no por efecto de la concentración. / The objective of this research work states that in geochemical surroundings with high salt concentrations, a greater proportion of alkaline salts will produce a pH value increase which will more noticeably affect the soil mineral constituent composition. It intends to demonstrate that, as a result of a more intense alteration, the loss and removal of silica and alumina from the crystalline structure of silicates to the environment solution will be greater in soil superficial samples of geomorphy with contrasting surroundings in the semi- arid Bonaerense region. The sampling works in the study sites, Calderon (lacunar) and Cabeza de Buey (marine) ,were performed in the summer season, focusing on the superficial portion of the soil, where the salts are present in a greater concentration. In the lacunar environment, a topo-sequencial form transect was designed, from the high adjacent geoforms to the central area of the depression. The sequential sampling was carried out every 100 m., following the transect and covering these situations: zonal soils, edge of the depression soils and interior of the depression soils. In the case of the marine site, the transect included the present marine plain, the old marine plain and the continental level. Here, having into account the saline contents, the soils were grouped forming situations of: high, moderate and low salinity. In the lacunar environment, the physical and chemical data variations evaluated showed a high granulometric homogeneity within each one of the environments considered, apart from migration and accumulation processes, not only of fine sedimentary materials (granulometric selection), but also of soluble salts, in the interior part of the depression. Here, the formation in-situ of alkaline carbonates was revealed, which determined the strong alkalinity observed, and a greater silica and alumina liberation from the solid phase towards the solution environment. These conditions allowed us to set up a lateral pedo-geochemical sequence, in function of the aggressiveness of the geochemical environment, which ranges from the sites more affected by alteration, such as those in the depression interior, going through an intermediate situation conformed by the zonal soils to finally reach those areas less affected by this process, like those soils on the edge of the depression. The mineralogical determinations obtained in the finest fractions showed a montmorillonita neoformation in the depression interior geochemical environments. On the other hand, the petrographic analysis of the medium grain sand fraction showed, in reference to the mineral composition, an increase in the colorless volcanic glass contents inside the depression (mineralogical selection). And, as a consequence of the action of those environments it was observed, from a qualitative point of view, that the species more affected by chemical weathering were the colorless volcanic glass, classified with degree of advanced develo-pment, followed by the quartz, which presented lixiviation features, classified with degree of moderate development. In the marine environment, the physical-chemical and mineralo-gical properties analyzed, independent on the saline content, did not show any significant variation along the transect. The scarce alteration detected could not be related to the saline content, not even under the action of highly salinizated geo-chemical environments. Considering the total results obtained (lacunar and marine), we found out that the residual amor-phous silica content obtained in the clay frac-tion, is an ade-quate indicator of the chemical alteration pro-cesses which affects soil minerals, for conditions like the ones pre-sent in this study zone. In conclusion, the alteration of the soil cons-tituent minerals is mainly influenced by the type of salts pre-sent and not by effect of concentrations.

Geóloga / El Sistema Geotermal Tolhuaca (SGT), localizado en la zona norte de la IX Región de la Araucanía, Chile, ha demostrado ser uno de los campos geotermales más prometedores para la explotación y generación de energía geotérmica. En el prospecto se perforó el sondaje de diamantina Tol-1 (1073 m de profundidad), objeto de diferentes estudios, tanto mineralógicos como estructurales. Por medio de estudios estructurales, se encontraron tres dominios definidos por las estructuras presentes. El primero (<300 m) se caracteriza por presentar un alta frecuencia de fallas con espacios abiertos, fallas normales, vetas de alto ángulo y por una ausencia de fracturas de cizalle. El segundo dominio (300 670 m) posee un predominio de fracturas de cizalle, baja frecuencia de vetas y estructuras de bajo ángulo. El tercer dominio (>670 m) presenta baja densidad de fracturas de cizalle y un predominio de vetas subverticales con espacios abiertos. La catodoluminiscencia (CL) es un fenómeno que se da en minerales catodoluminiscentes, provocado por ciertos elementos trazas o defectos en la red cristalina de estos. Mediante imágenes SEM-CL se pueden revelar características que no son visibles mediante otros métodos petrográficos convencionales, analizando la señal antes mencionada. Por lo anterior, la CL es una herramienta útil para distinguir los diferentes procesos de precipitación mineral, bajo diferentes condiciones físico-químicas, que, a través de otros métodos, no es posible percibir. En el presente trabajo se realiza un estudio textural, a partir de la morfología que revelan los patrones vistos en imágenes SEM-CL, llamados familias de cristalización, tanto en los polimorfos de la sílice como en carbonatos secundarios a lo largo de todo el sondaje. Las familias distinguidas en los polimorfos de la sílice son: colloform, breccia, jigsaw, euhedral y sílice amorfa. En los carbonatos sólo es posible distinguir la familia rhombic calcite. La mayoría de las familias de cristalización son distinguibles mediante microscopía óptica (colloform, breccia, jigsaw, euhedral y rhombic calcite). Sin embargo, la familia sílice amorfa no es posible verla por otras técnicas analíticas convencionales y sólo es visible mediante CL. A partir de las imágenes SEM-CL es posible diferenciar tres etapas que afectaron la evolución del SGT, las cuales son: 1) Despresurización y boiling, evidenciado por la familia breccia, colloform y jigsaw; 2) Infiltración de aguas calentadas por vapor ricas en CO2, dada por las familias rhombic calcite y euhedral; y 3) Calentamiento y boiling, reflejado por la familia sílice amorfa. Estas etapas, si bien difieren de otros autores en cuanto a cantidad y temporalidad, involucran procesos similares a los mencionados por estos mismos.

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El presente estudio se realizó con la finalidad de diseñar y analizar un concreto con reemplazo parcial de ceniza de cáscara de arroz (RHA) más resistente que el convencional frente a la exposición a los ambientes marinos. Esta ceniza, resulta de la combustión de cascarillas de arroz que genera una empresa encargada de elaborar pulitón en el departamento de La Libertad – Perú. La ceniza resultante de dicho proceso posee características similares a las del cemento, empezando por el alto contenido de sílice, haciéndolo apto para ser utilizado como adición. Este componente se utilizó para reemplazar en 5, 10 y 15% al cemento tipo V dentro de la mezcla de concreto con la finalidad de estudiar su reactividad puzolánica. Adicionalmente, se realizaron ensayos de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas a los 28 días de curado en agua. Asimismo, se optó por realizar ensayos de durabilidad a los agregados grueso y fino según la Norma C88 utilizando sulfato de magnesio (MgSO4). Finalmente, se obtuvo el porcentaje de RHA más óptimo para conseguir los mejores resultados en cuanto a la resistencia a la compresión y al ataque de sulfatos. / The present study was carried out in order to design and analyze a concrete with partial replacement of rice husk ash (RHA) more resistant than the conventional one against exposure to marine environments. This ash, is the result of the combustion of rice husks that generates a company responsible for making pulitón in the department of La Libertad - Peru. The ash resulting from this process has characteristics similar to those of cement, starting with the high silica content, making it suitable for use as an addition. This component was used to replace the type V cement in the concrete mix in 5, 10 and 15% in order to study its pozzolanic reactivity. Additionally, tests of compressive strength of cylindrical specimens were carried out after 28 days of curing in water. Likewise, it was decided to perform durability tests on coarse and fine aggregates according to Standard C88 using magnesium sulfate (MgSO4). Finally, the most optimal percentage of RHA was obtained to achieve the best results in terms of resistance to compression and sulfate attack. / Tesis

[ES] La presente tesis doctoral, titulada “Desarrollo de nuevos nanodispositivos terapéuticos aplicados al tratamiento de enfermedades relacionadas con procesos de senescencia”, está centrada en el diseño, preparación, caracterización y evaluación funcional (tanto in vitro como in vivo en diferentes modelos celulares y murinos) de un conjunto de nanomateriales híbridos orgánico-inorgánicos, basado en nanopartículas mesoporosas de sílice que llevan por cargo moléculas fluorescentes o terapéuticas y que están funcionalizadas con galacto-sacáridos. Estos galacto-sacáridos actúan como puerta molecular, y son los responsables de controlar la liberación de las moléculas encapsuladas de manera selectiva en células senescentes. En el primer Capítulo, correspondiente a la Introducción, se presenta el escenario biológico sobre el cual se basa esta tesis, la senescencia. También se presentan los diferentes conceptos relacionados con la nanomedicina, los materiales mesoporosos, las puertas moleculares y la liberación controlada de fármacos, así como la interacción de las nanopartículas con las células y el organismo y su posible aplicación como terapia. A continuación, en el segundo Capítulo, se exponen los objetivos generales de la presente tesis doctoral así como los objetivos concretos que se abordarán en los diferentes Capítulos experimentales. El tercer Capítulo recoge el proceso de síntesis y de caracterización estructural y funcional in vitro de las nanopartículas para liberación controlada en células senescentes. En este apartado se presenta el diseño del nanodispositivo y se describen los diferentes sólidos con los que se trabaja en el resto de Capítulos. La diferencia entre ellos radica en la carga encapsulada, puesto que se preparan nanopartículas cargadas con diferentes fluoróforos (para fines de detección) y nanopartículas cargadas con diferentes fármacos (para fines terapéuticos). En todos los casos el sistema está funcionalizado con un galacto-hexa-sacárido que actúa como puerta molecular. Se describen además las diferentes técnicas de caracterización estándar, como estudios de difracción de rayos X, microscopía de transmisión electrónica, etc. Una vez caracterizados los diferentes sólidos, y habiéndose validado el correcto funcionamiento de la puerta molecular en presencia del estímulo de β galactosidasa, se procede a estudiar el comportamiento del sistema en modelos tanto celulares como murinos de diferentes enfermedades relacionadas con procesos de senescencia. Así pues, en el cuarto Capítulo se describe en primer lugar cómo el sistema cargado con el fluoróforo rodamina B es capaz de liberar preferencialmente su cargo en células senescentes, tanto en cultivo celular como en modelo in vivo de ratón. A continuación se presenta un modelo de cáncer en el que el fármaco citotóxico encapsulado en las nanopartículas – concretamente la doxorrubicina – llega a las células tumorales diana en las que previamente se ha inducido senescencia con palbociclib y contribuye a la regresión del tumor. También se describe la validación de estas nanopartículas citotóxicas en un modelo de fibrosis pulmonar, en el que se demuestra que el sistema llega y elimina selectivamente las células senescentes que se acumulan como consecuencia de la enfermedad, consiguiendo así restaurar la función pulmonar. En ambos modelos se demuestra además que la encapsulación consigue reducir los efectos secundarios de la doxorrubicina, entre los que cabe destacar la cardiotoxicidad. Por tanto en este Capítulo no sólo se presenta una estrategia basada en nanoterapia que podría utilizarse como tratamiento para eliminar de manera selectiva células senescentes, sino que también se describe un sistema versátil que podría utilizarse para diagnóstico por imagen clínica encapsulando trazadores o agentes de contraste. En base a los resultados obtenidos en los modelos de melanoma y de fibrosis pulmonar, en el quinto Capítulo se describe la combinación de senogénesis (inducción de senescencia con palbociclib) y senolisis dirigida mediante nanoformulación en un modelo ortotópico de cáncer de mama triple negativo. Las nanopartículas específicas para células senescentes están cargadas en este caso con el fármaco senolítico navitoclax, cuyo uso en clínica actualmente no está aprobado debido a los efectos secundarios que provoca en el organismo. En este trabajo se ha visto que el fármaco palbociclib es capaz de inducir senescencia en un modelo de cáncer de mama triple negativo y negativo para el receptor de andrógenos, un subgrupo para al que hasta ahora no se había descrito sensibilidad. La combinación de la inducción de senescencia con el posterior tratamiento con navitoclax encapsulado en el nanosistema ha demostrado mejorar la eficacia antitumoral, así como reducir las metástasis asociadas a este tipo de cáncer y disminuir la toxicidad sistémica vinculada al fármaco senolítico. El modelo de ratón con el que se ha trabajado es altamente agresivo y recapitula todas las características del cáncer de mama triple negativo humano, con lo cual los resultados obtenidos son de particular relevancia en términos de translación a clínica. Considerando que el fin último de este proyecto de tesis es el desarrollo de estrategias para eliminar células senescentes, en base a la química combinatoria en el sexto Capítulo se describe el cribado de una quimioteca de hexapéptidos para el descubrimiento de nuevos compuestos senolíticos. Como resultado del cribado se han identificado dos péptidos que han demostrado tener actividad senolítica in vitro en la línea celular de melanoma humano SK-MEL-103. El trabajo con los dos compuestos sigue en marcha y se sigue investigando su efecto en otros modelos celulares así como su diana de acción, puesto que el desarrollo de estos dos hexapéptidos prometedores podría llegar a permitir en un futuro la eliminación de células senescentes, tanto en procesos de enfermedad ligada a envejecimiento como en pacientes sometidos a tratamientos de quimioterapia que inducen senescencia. Por último, en el séptimo Capítulo se resumen las conclusiones principales extraídas de los estudios con el conjunto de nanopartículas en los diferentes modelos tanto celulares como murinos, así como las conclusiones generales extraídas del desarrollo de esta tesis doctoral. En la actualidad y debido al envejecimiento poblacional, existe un gran interés económico por el desarrollo de nuevos fármacos que mejoren la calidad de vida en pacientes de edad avanzada o con patologías relacionadas con la edad, como es el cáncer. La conclusión principal de la tesis plantea que el desarrollo de nanomateriales mesoporosos de sílice para la liberación controlada de fármacos se presenta como una nueva estrategia con gran potencial en el campo de las enfermedades relacionadas con procesos de senescencia, y se espera que los resultados obtenidos sirvan de base para el diseño de nuevos nanomateriales inteligentes dirigidos tanto a la detección como al tratamiento de dichas enfermedades. / [EN] This PhD thesis, entitled “Design and developing of new therapeutic nanodevices for the treatment of diseases related to senescence processes”, is focused on the design, preparation, characterization and functional evaluation (both in vitro and in vivo, in different cellular and murine models) of a set of hybrid organicinorganic nanomaterials, based on mesoporous silica nanoparticles loaded with fluorescent or therapeutic molecules and functionalized with galacto-saccharides. These galacto-saccharides act as molecular gates, and control the encapsulated cargo release selectively in senescent cells. The first Chapter, corresponding to a general Introduction, includes an overview of the biologic scenario in which this thesis is based on: senescence. Also the different concepts related to nanomedicine, mesoporous materials, molecular gates and drug controlled released are presented, as well as the biologic nanoparticles interaction with cells and organism and their possible therapeutic application. Next, in the second Chapter, the general objectives of this PhD thesis and the specific objectives that will be addressed in the following experimental Chapters are presented. The third Chapter recapitulates the synthesis process and the nanoparticles structural and in vitro functional characterization for controlled released in senescent cells. In this section the design of the nanodevice is presented, and the different solids that will be studied in the following Chapters are described. These solids differentiate from each other in the encapsulated cargo, as some nanoparticles are loaded with different fluorophores (for detection) and others are loaded with different therapeutic drugs. In all cases the system is functionalized with galacto-hexa-saccharides acting as molecular gates. As well in this Chapter several standard characterization techniques are described, such as X ray diffraction, electronic transmission microscopy, etc. After the full characterization of the nanoparticles set, and once the correct behaviour of the molecular gate has been already validated in presence of the external stimuli of β-galactosidase, the next step consists of the study of the nanosystem in both cellular and murine models of different senescence-related diseases. Therefore, the fourth Chapter describes how nanoparticles loaded with the fluorophore rhodamine B are able to preferentially release their cargo in senescent cells, in cell cultures and also in in vivo mouse model. Then a cancer model is presented, in which the cytotoxic drug encapsulated in the nanoparticles – specifically, doxorubicin – gets the targeted tumoral cells in which previously senescence has been induced by palbociclib, and contributes to tumour regression. This cytotoxic nanoparticles validation is also described in a pulmonary fibrosis model, where nanoparticles get and selectively eliminate senescent cells that are accumulated as consequence of the disease, achieving a pulmonary function recovery. Moreover, in both models it is also demonstrated that the encapsulation can reduce doxorubicin secondary effects such as cardiotoxicity. In this Chapter not only a nanotherapy-based strategy that could be used as treatment to selectively eliminate senescent cells is presented, but also a versatile system that could be used for clinic image diagnosis by contrast agents’ encapsulation is described. Based on the obtained results in melanoma and pulmonary fibrosis models, the fifth Chapter presents the combination of senogenesis (senescence induction by palbociclib) and targeted nano-formulated senolysis in an orthotopic triple negative breast cancer model. Senescence-specific nanoparticles are loaded in this case with the senolytic drug navitoclax, which clinical used is not approved because of the systemic toxicity that causes in the organism. In this work it has been demonstrated that palbociclib is able to induce senescence in a triple negative breast cancer model also negative for the androgen receptor, a new subgroup that had not been previously described as sensitive to this drug. The combination of senescence induction and subsequent encapsulated navitoclax treatment shows an improved antitumoral efficacy, as well as a metastasis reduction and a diminished systemic toxicity related to the senolytic drug. The mouse model that has been used is highly aggressive and faithfully recapitulates all the human triple negative breast cancer characteristics, so the obtained results are of particular relevance in terms of clinical translation. Considering that the main aim of this thesis project is the development of new strategies for senescent cells elimination, and basing on combinatory chemistry, the sixth Chapter focuses on the screening of a hexapeptides library for new senolytic compounds discovery. The screening has led to the identification of two peptides with in vitro senolytic activity in the human melanoma cell line SK-MEL103. Studies with both compounds are still on-going, in order to investigate their effect in other cellular models and their molecular target. This two promising hexapeptides may allow the future elimination of senescent cells in age-related diseases, or in patients that have been treated with senescence-inducing chemotherapy. Finally, the principal conclusions from the studies with this set of nanoparticles in the different cellular and murine models, as well as the general conclusions from this PhD thesis, are presented in Chapter seven. Today, and because of population aging, there is a big economical interest in developing new drugs for aged patients or patients with age-related diseases, such as cancer. The main conclusion proposes that the development of mesoporous silica nanoparticles for controlled drug release applications can be a new high potential strategy in the field of senescence-related diseases, and it is expected that the obtained results could be the basis for the design of new smart nanomaterials targeting both detection and treatment of this diseases. / [CA] La present tesi doctoral, titulada “Desenvolupament de nous nanodispositius terapèutics aplicats al tractament de malalties relacionades amb processos de senescència”, es centra en el disseny, preparació, caracterització i avaluació funcional (tant in vitro com a in vivo en diferents models cel·lulars i murins) d’un conjunt de nanomaterials híbrids orgànic-inorgànics, basat en nanopartícules mesoporoses de sílice que porten per càrrega molècules fluorescents o terapèutiques i que estan funcionalitzades amb galacto-sacàrids. Estos galactosacàrids actuen com portes moleculars, i són els responsables de controlar la alliberació de les molècules encapsulades de manera selectiva en cèl·lules senescents. En el primer Capítol, corresponent a la Introducció, es presenta l’escenari biològic sobre el qual es basa aquesta tesi, la senescència. També es presenten els diferents conceptes relacionats amb la nanomedicina, els materials mesoporosos, les portes moleculars i la alliberació controlada de fàrmacs, així com la interacció de les nanopartícules amb les cèl·lules i l’organisme i la seua possible aplicació com a teràpia. A continuació, en el segon Capítol, s’exposen els objectius generals de la present tesi doctoral així com els objectius concrets que s’abordaran en els diferents Capítols experimentals. El tercer Capítol recull el procés de síntesis i de caracterització estructural i funcional in vitro de les nanopartícules per alliberació controlada en cèl·lules senescents. En este apartat es presenta el disseny del nanodispositiu i es descriuen els diferents sòlids amb els que es treballa en la resta de Capítols. La diferència entre ells radica en la càrrega encapsulada, ja que es preparen nanopartícules carregades amb diferents fluoròfors (per a fins de detecció) i nanopartícules carregades amb diferents fàrmacs (per a fins terapèutics). En tots els casos el sistema està funcionalitzat amb un galacto-hexa-sacàrid que actua com a porta molecular. Es descriuen a més les diferents tècniques de caracterització estàndard, com estudis de difracció de raigs X, microscòpia de transmissió electrònica, etc. Una vegada caracteritzats els diferents sòlids, i havent-se validat el correcte funcionament de la porta molecular en presència de l’estímul de β-galactosidasa, es procedeix a estudiar el comportament del sistema en models tant cel·lulars com murins de diferents malalties relacionades amb processos de senescència. Així dons, en el quart Capítol es descriu en primer lloc com el sistema carregat amb el fluoròfor rodamina B es capaç d’alliberar de manera preferencial la seua càrrega en cèl·lules senescents, tant en cultiu cel·lular com en model in vivo de ratolí. A continuació es presenta un model de càncer en el que el fàrmac citotòxic encapsulat en les nanopartícules – concretament la doxorrubicina – arriba a les cèl·lules tumorals diana en les que prèviament s’ha induït senescència amb palbociclib i contribueix a la regressió del tumor. També es descriu la validació d’estes nanopartícules citotòxiques en un model de fibrosis pulmonar, en el que es demostra que el sistema arriba i elimina selectivament les cèl·lules senescents que s’acumulen com a conseqüència de la malaltia, aconseguint així restaurar la funció pulmonar. En ambos models es demostra a més que la encapsulació aconsegueix reduir els efectes secundaris de la doxorrubicina, entre els que cap destacar la cardiotoxicitat. Per tant en aquest Capítol no sols es presenta una estratègia basada en nanoterapia que podria utilitzar-se com a tractament per a eliminar de manera selectiva cèl·lules senescents, sino que també es descriu un sistema versàtil que podria utilitzar-se per a diagnòstic per imatge clínica encapsulant traçadors o agents de contrast. En base als resultats obtinguts en els models de melanoma i de fibrosis pulmonar, en el quint Capítol es descriu la combinació de senogènesis (inducció de senescència amb palbociclib) i senolisis dirigida mitjançant nano-formulació en un model ortotòpic de càncer de mama triple negatiu. Les nanopartícules específiques per a cèl·lules senescents estan carregades en este cas amb el fàrmac senolític navitoclax, l’ús del qual en clínica actualment no està aprovat degut als efectes secundaris que provoca en l’organisme. En aquest treball s’ha vist que el fàrmac palbociclib es capaç d’induir senescència en un model de càncer de mama triple negatiu i negatiu per al receptor d’andrògens, un subgrup per al qual fins ara no s’havia descrit sensibilitat. La combinació de la inducció de senescència amb el posterior tractament amb navitoclax encapsulat en el nanosistema ha demostrat millorar la eficàcia antitumoral, així com reduir les metàstasis associades a aquest tipus de càncer i disminuir la toxicitat sistèmica vinculada al fàrmac senolític. El model de ratolí amb el que s’ha treballat és altament agressiu i recapitula totes les característiques del càncer de mama triple negatiu humà, per tant els resultats obtinguts són de particular rellevància en termes de translació a clínica. Considerant que el fi últim d’este projecte de tesi es el desenvolupament d’estratègies per a eliminar cèl·lules senescents, en base a la química combinatòria en el sext Capítol es descriu el garbellat d’una quimioteca d’hexapèptids per al descobriment de nous compostos senolítics. Com a resultat del garbellat s’han identificat dos pèptids que han demostrat tindre activitat senolítica in vitro en la línia cel·lular de melanoma humà SK-MEL-103. El treball amb els dos compostos segueix en marxa i es continua investigant el seu efecte en altres models cel·lulars així com la seua diana d’acció, ja que el desenvolupament d’estos dos hexapèptids prometedors podria arribar a permetre en un futur la eliminació de cèl·lules senescents, tant en processos de malaltia lligada a envelliment com en pacients sotmesos a tractaments de quimioteràpia que indueixen senescència. Per últim, en el Capítol set es resumeixen les conclusions principals que s’extrauen dels estudis amb el conjunt de nanopartícules en els diferents models tant cel·lulars com murins, així com les conclusions generals extretes del desenvolupament d’aquesta tesi doctoral. En l’actualitat i degut al envelliment poblacional, existeix un gran interès econòmic per el desenvolupament de nous fàrmacs que milloren la qualitat de vida en pacients d’edat avançada o amb patologies relacionades amb l’edat, com és el càncer. La conclusió principal de la tesi planteja que el desenvolupament de materials mesoporosos de sílice per a la alliberació controlada de fàrmacs es presenta com una nova estratègia amb gran potencial en el camp de les malalties relacionades amb processos de senescència, i s’espera que els resultats obtinguts servisquen de base per al disseny de nous nanomaterials intel·ligents dirigits tant a la detecció com al tractament de dites malalties. / Galiana Guillem, I. (2020). Desarrollo de nuevos nanodispositivos terapéuticos aplicados al tratamiento de enfermedades relacionadas con procesos de senescencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/151950 / TESIS

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En este trabajo se han desarrollado cinco sistemas de fotoliberación de doxorrubicina basados en tres tipos de nanopartículas: nanoestrellas de oro recubiertas de una capa mesoporosa de sílice (AuNSt@mSiO2), nanoestrellas de oro (AuNSt) y nanopartículas Janus formadas por nanoestrellas de oro y nanopartículas mesoporosas de sílice (AuNSt-MSNP). Los sistemas sintetizados se basan en dos mecanismos de activación de la liberación, asociados con las propiedades ópticas de las AuNSts. El primer mecanismo está relacionado con la conversión de la energía luminosa en calor, debido a la absorción de la radiación electromagnética por las partículas de oro. El calor generado durante la irradiación de las nanopartículas con un láser del infrarrojo cercano (NIR) se usa, en este caso como estímulo para activar la liberación del fármaco asociado a las nanopartículas. El otro mecanismo está relacionado con la amplificación del campo electromagnético de la radiación en la superficie de las nanopartículas. La amplificación del campo electromagnético favorece la absorción multifotónica de las radiaciones NIR en moléculas que absorben un fotón de mayor energía. Utilizando este mecanismo, se puede activar la fotoliberación del fármaco mediante el empleo de ligandos fotolábiles, que pueden enlazar directamente el fármaco a la partícula permitiendo su liberación después de la fotodescomposición. El primer sistema desarrollado está constituido por AuNSt@mSiO2 funcionalizadas con moléculas de parafina que actúan como puertas moleculares termosensibles. Estas moléculas de parafina en la superficie externa de los poros evitan la liberación de la doxorrubicina. La irradiación del sistema produce la fusión de la parafina debido al calor generado, provocando la liberación al medio del fármaco. Los otros sistemas desarrollados están basados en dos profármacos de la doxorrubicina que se activan al irradiarlas en presencia de las AuNSts generando el fármaco correspondiente. La doxorrubicina se modifica a través de un enlace carbamato con dos ligandos fotolábiles que poseen un espaciador 2-nitrobencílico. Uno de estos ligandos tiene un grupo disulfuro que permite unir el profármaco a la superficie de las AuNSts. La activación se produce debido a la absorción multifotónica de la radiación NIR por los profármacos que se favorece en presencia de las AuNSts, provocando la ruptura del ligando fotolábil y la generación de la doxorrubicina. También se obtuvo un sistema formado por nanopartículas Janus AuNSt-MSNP. El fármaco se encapsula en la MSNP que se funcionaliza con un complejo supramolecular entre el benzimidazol, unido covalentemente a la superficie externa de los poros, y la &#946;-ciclodextrina. Este complejo actúa como puerta molecular sensible al pH evitando la difusión de la doxorrubicina. La superficie de la AuNSt se funcionaliza con un ligando fotolabil tiolado que posee un espaciador 2-nitrobencílico y que tiene enlazado el ácido succínico. La irradiación del sistema híbrido produce la descomposición del ligando en la superficie de la AuNSt y la generación de ácido succínico que provoca la disociación del complejo supramolecular en la superficie de la MSNP, conduciendo finalmente a la liberación del fármaco. Por último, se obtuvo un sistema basado en AuNSt@mSiO2 funcionalizadas con moléculas de polietilenglicol a través de un ligando fotolábil que tiene un espaciador 2-nitrobencílico. El polietilenglicol modificado con el ligando fotolábil actúa como puerta molecular fotosensible impidiendo la difusión del fármaco encapsulado. Al irradiar las partículas se produce la descomposición del ligando, la liberación del PEG y la difusión del fármaco. / En aquest treball s'han desenvolupat cinc sistemes de foto-alliberació de doxorrubicina basats en tres tipus de nano-partícules: nano-estreles d'or recobertes d'una capa mesoporosa de sílice (AuNSt@mSiO2), nano-estreles d'or (AuNSt) i nano-partícules Janus formades per nano-estreles d'or i nano-partícules mesoporoses de sílice (AuNSt-MSNP). Els sistemes sintetitzats es basen en dos mecanismes d'activació de l'alliberament associats amb les propietats òptiques de les AuNSts. El primer mecanisme està relacionat amb la conversió de l'energia lluminosa en calor degut a l'absorció de la radiació electromagnètica per les partícules d'or. La calor generat durant la irradiació de les nano-partícules amb un làser de l'infraroig pròxim (NIR) pot utilitzar-se com a estímul per a activar l'alliberament del fàrmac associat a les nano-partícules. L'altre mecanisme està relacionat amb l'amplificació del camp electromagnètic de la radiació en la superfície de les nano-partícules. L'amplificació del camp electromagnètic afavoreix l'absorció multifotònica de les radiacions NIR en molècules que absorbeixen un fotó de major energia. Utilitzant aquest mecanisme es pot activar la foto-alliberació del fàrmac per mitjà de l'ús de lligants foto-làbils que poden enllaçar directament el fàrmac a la partícula permetent el seu alliberament després de la foto-descomposició. El primer sistema desenvolupat està constituït per AuNSt@mSiO2 funcionalitzada amb molècules de parafines que actuen com a portes moleculars termosensibles. Aquestes molècules unides a la superfície externa dels porus eviten la difusió de la doxorrubicina. La irradiació del sistema produeix la fusió de la parafina a causa de la calor generada, provocant l'alliberament al medi del fàrmac. Els altres sistemes desenvolupats estan basats en dos prodrogues de doxorrubicina que s'activen a l'irradiar-les en presència de les AuNSts generant la droga corresponent. La doxorrubicina es modifica a través d'un enllaç carbamat amb dos lligants foto-làbils que posseeixen un espaiador 2-nitrobencílic. Un dels lligants té un grup disulfur que permet unir la prodroga a la superfície de les AuNSts. L'activació es produeix a causa de l'absorció multifotònica de la radiació NIR per les prodrogues que s'afavorix en presència de les AuNSts, provocant la ruptura del lligant foto-làbil i la generació de la doxorrubicina. També es va obtindre un sistema format per nano-partícules Janus AuNSt-MSNP. El fàrmac s'encapsula en la nanopartícula mesoporosa de sílice que es funcionalitza amb un complex supramolecular entre el benzimidazol, unit covalentment a la superfície externa dels porus, i la &#946;-ciclodextrina. Este complex actua com a porta molecular sensible al pH evitant la difusió de la doxorrubicina. La superfície de la AuNSt es funcionaliza amb un lligant foto-làbil tiolat que posseeix un espaiador 2-nitrobencílic i que té enllaçat l'àcid succínic. La irradiació del sistema híbrid produeix la descomposició del lligant en la superfície de l'AuNSt i la generació d'àcid succínic que provoca la dissociació del complex supramolecular en la superfície de la MSNP conduint finalment a l'alliberament de la droga encapsulada. Finalment, es va obtindre un sistema basat en AuNSt@mSiO2 funcionalitzada amb molècules de polietilenglicol a través d'un lligant foto-làbil que té un espaiador 2-nitrobencílic. El polietilenglicol modificat amb el lligant fotolábil actua com a porta molecular fotosensible impedint la difusió de la droga encapsulada. A l'irradiar les partícules es produeix la descomposició del lligant, l'alliberament del PEG i la difusió del fàrmac des de l'interior dels porus. / Herein, five doxorubicin photo-release systems based on three types of nanoparticles: gold nanostars coated with a mesoporous silica shell (AuNSt@mSiO2), gold nanostars (AuNSts) and Janus gold nanostars-mesoporous silica nanoparticles (AuNSt-MSNP) have been developed. Photo-release mechanisms are directly related to optical properties of AuNSts. One of them is concerned to the light-heat energy conversion efficiency of AuNSts due to localized surface plasmon resonance associated with the strong absorption of electromagnetic radiation at near infrared wavelengths by anisotropic nanoparticles. Heat evolved during the irradiation of nanoparticles with NIR laser is used as stimulus for triggering drug delivery from the nanoparticles. Another mechanism is related to the strong electromagnetic field enhancement taking place onto nanoparticle¿s surface, which could favour multiphoton absorption of NIR radiations by photolabile molecules. Drug photo-release can be triggered by using photolabile linker which attaches drug to nanoparticle surface due to multiphoton molecular dissociation of linker induced by NIR irradiation. The first developed system is formed by AuNSts coated with mesoporous silica shell capped with paraffins, which act as thermo-sensitive molecular gates. These paraffin molecules onto the external silica surface form a hydrophobic layer that blocks the pores and avoids drug release. NIR irradiation of the hybrid nanoparticles produces plasmonic heating of nanoparticle¿s surrounding and subsequent paraffin melting and drug delivery. Other developed systems are based on two doxorubicin prodrugs, which can be activated by NIR laser irradiation in presence of AuNSts. Doxorubicin was coupled with two photolabile molecules bearing a 2-nitrobenzyl linker via carbamate linkage. One of them has a disulphide group, allowing directly attachment of the prodrug to the nanoparticle¿s surface. Multiphoton absorption of NIR radiation by the doxorubicin prodrug is favoured in presence of AuNSts provoking molecular photodissociation of the 2-nitrobenzyl linker and drug release. A system based on Janus AuNSt-MSNP was also synthesized. Doxorubicin was loaded into MSNPs functionalized onto external surface with a supramolecular complex between benzimidazole (Bzi) and &#946;-cyclodextrin (CD), which acts as pH sensitive molecular gate. AuNSts were modified with thiolated photolabile molecules bearing a 2-nitrobenzyl linker, which anchor succinic acid to nanoparticle¿s surface. NIR irradiation of the hybrid nanoparticles produce photocleavage of 2-nitrobenzyl linker and succinic acid release resulting in dissociation of the Bzi-CD complex and doxorubicin delivery from MSNPs. Finally, a system based on AuNSts coated with mesoporous silica shell capped with polyethyleneglycol (PEG) molecules bearing a 2-nitrobenzyl linker, was developed. These modified PEG molecules act as photosensitive molecular gates, preventing drug release from the mesoporous silica shell. NIR irradiation of these nanoparticles produces the photodissociation of 2-nitrobenzyl linker, leading to PEG release and doxorubicin delivery from the mesoporous silica. / Hernández Montoto, A. (2018). Desarrollo de nanodispositivos basados en nanoestrellas de oro y nanopartículas mesoporosas de sílice para la fotoliberación de fármacos empleando radiaciones del infrarrojo cercano con potenciales aplicaciones en la terapia del cáncer [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115488 / TESIS