La distribució sang-teixit, la permeabilitat en pell i la toxicitat en organismes aquàtics són exemples de propietats de biopartició de compostos químics. Són fonamentals en àmbits tan diversos com el desenvolupament de nous fàrmacs o cosmètics o l’avaluació del impacte mediambiental de contaminants emergents. No obstant, la seva determinació directa sol ser costosa, llarga, experimentalment complicada i inclús èticament qüestionable. Com a conseqüència, existeix un gran interès en poder estimar de manera senzilla propietats de biopartició de compostos químics.
Concretament, els sistemes cromatogràfics ofereixen alternatives pràctiques i sostenibles, ja que les mesures cromatogràfiques són econòmiques, ràpides i simples. En aquest context, l’objectiu de la tesi doctoral ha estat estudiar l’emulació de processos biològics de partició a partir de sistemes cromatogràfics.
Inicialment, s’han caracteritzat diversos sistemes de cromatografia electrocinètica micel•lar (MEKC) mitjançant el model de paràmetres de solvatació. Aquest model permet descriure tant processos biològics com fisicoquímics basats en la distribució de soluts neutres entre dues fases, de manera que ofereix també un marc comú per comparar ambdós tipus de processos. A la tesi, s’han caracteritzat mescles dels tensioactius colat i deoxicolat de sodi i també el tensioactiu pur taurocolat de sodi. S’ha estudiat la influència que té la composició de tensioactius sobre les caracteritzacions i també l’efecte del conjunt de soluts, els descriptors i el pH aquós.
Les caracteritzacions obtingudes s’han afegit a la recopilació que s’ha fet tant de sistemes biològics com fisicoquímics (majoritàriament cromatogràfics, però també de partició aigua-solvent) que es troben descrits a la literatura segons aquest model. Cada parell de sistemes biològic i fisicoquímic s’ha comparat mitjançant un paràmetre de distància que permet avaluar la similitud entre parelles de sistemes. No obstant, de cara a identificar quins sistemes cromatogràfics tenen capacitat per modelar processos de biopartició, ha calgut desenvolupar una metodologia complementària per quantificar la precisió que s’obtindrà a les correlacions entre dades biològiques i cromatogràfiques.
La metodologia desenvolupada consisteix en examinar les tres fonts d’error que determinen la variància total d’aquestes correlacions: la variància de les dades biològiques, la variància de les dades cromatogràfiques i la variància que prové de la dissimilitud entre els dos sistemes comparats. S’ha demostrat que les tres contribucions de variància es poden predir fàcilment a partir de la caracterització dels sistemes segons el model de paràmetres de solvatació. La seva suma permet estimar la variància total que s’espera obtenir a la correlació i, per tant, la bondat amb què el sistema cromatogràfic podrà emular el biològic.
Aquesta metodologia ha permès seleccionar sistemes cromatogràfics adequats per modelar tres processos de biopartició concrets: la toxicitat en el peix fathead minnow, la sorció sòl-aigua i la permeabilitat en pell de substàncies neutres. Els sistemes cromatogràfics escollits han estat: tres sistemes de cromatografia de líquids d’alta resolució (HPLC), dos d’ells basats en columnes C18 convencionals i un d’ells en una columna artificial immobilitzada (IAM) que imita l’estructura de les biomembranes; dos sistemes de MEKC, un amb dodecilsulfat de sodi i l’altre amb taurocolat de sodi. També s’ha seleccionat el sistema de partició octanol-aigua perquè és el clàssic sistema de referència a l’hora de modelar processos biològics.
S’ha comprovat experimentalment la bondat dels sistemes escollits per modelar els tres processos de biopartició estudiats, obtenint en tots els casos resultats concordants amb les prediccions de variància. Per tal d’emular la permeabilitat en pell ha calgut introduir el volum del solut com a variable addicional a les correlacions biologico-cromatogràfiques. Finalment, els millors models de correlació han permès predir amb precisió valors de sorció sòl-aigua d’herbicides i dades permeabilitat en pell d’herbicides i hormones a partir de mesures cromatogràfiques. S’ha obtingut una millor precisió que la que proporcionen altres mètodes com les particions octanolaigua o mètodes de càlcul a partir de l’estructura dels soluts, el que demostra el potencial dels sistemes cromatogràfics per estimar propietats de biopartició. / Experimental determination of biopartitioning properties, including toxicological and environmental ones, usually involves very expensive, time-consuming and difficult procedures, even ethically questionable. As a consequence, estimation methods from simple measurements are very valuable. In this sense, chromatographic systems can provide practical and sustainable alternatives because chromatographic measurements are economic, fast and easy.
The present thesis has focused on studying the emulation of biopartitioning processes by chromatographic systems.
Several micellar electrokinetic chromatography (MEKC) systems have been initially characterized by the solvation parameter model. Their characterizations have been included in a compilation made from literature of numerous biological and physicochemical (mostly chromatographic) systems already characterized by this model, which allows the comparison of the systems.
A new methodology has been developed in order to identify which chromatographic systems can model biopartitioning processes. It is based on the estimation of the overall variance expected for the biological-chromatographic systems’ correlations, which is contribution of three factors: the variance of the biological data, the variance of the chromatographic data and the variance attributed to the dissimilarity between the two compared systems.
According to this methodology, the most promising chromatographic systems, besides the reference octanol-water partition system, have been selected to test their performances in the emulation of three biopartitioning processes: the toxicity to the fathead minnow fish, the soil-water sorption and the human skin permeability of neutral compounds. The chromatographic systems that have been chosen and experimentally tested are: three systems of high-performance liquid chromatography (HPLC), two of them based on conventional C18 columns and one of them based on an immobilized artificial membrane (IAM) column; two MEKC systems of sodium dodecylsulfate on one hand and sodium taurocholate on the other hand.
It has been shown that in all cases the experimental results agree with the predictions of variance. For the modeling of human skin permeation, a correction using the volume of the solutes has been required to obtain good correlations. The best correlation models have been successfully applied to the prediction of soil-water sorption and human skin permeation values of several herbicides and hormones. Last but not least, it has been shown that the precision achieved with this method is better than the one obtained by other approaches (e.g. octanol-water partition measurements or calculation from structure).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UB/oai:www.tdx.cat:10803/128267 |
| Date | 16 October 2013 |
| Creators | Hidalgo Rodríguez, Marta |
| Contributors | Rosés Pascual, Martí, Fuguet i Jordà, Elisabet, Universitat de Barcelona. Departament de Química Analítica |
| Publisher | Universitat de Barcelona |
| Source Sets | Universitat de Barcelona |
| Language | Catalan |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 251 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0025 seconds