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Una de las principales características de las neuronas es su extremada polaridad. La diferenciación tanto morfológica como molecular de axones y dendritas es necesaria para la función neuronal. Defectos en esta diferenciación pueden contribuir a la patología de distintas enfermedades neurológicas. Sin embargo, los mecanismos que establecen y mantienen la polaridad neuronal y sus implicancias patológicas no están completamente resueltos. En esta tesis doctoral, nos hemos centrado en investigar la contribución a la polaridad neuronal de los dominios de membrana enriquecidos en colesterol y esfingolípidos, los llamados rafts. Describimos que los rafts son esenciales para la distribución axonal de moléculas como la proteína del Prion (PrPC) o el gangliósido GM1 en neuronas hipocampales maduras y analizamos la contribución a este proceso de sus componentes lipídicos mayoritarios: el colesterol y los esfingolípidos. Los estudios realizados apuntan al control de la endocitosis dendrítica como factor clave para la polarización axonal de moléculas de rafts. Además, caracterizamos las alteraciones de los rafts en el cerebro y neuronas de un modelo murino para la enfermedad de Niemann-Pick tipo A (NPA). La actividad deficiente de la esfingomielinidasa ácida (ASM), que causa la enfermedad, lleva a la acumulación de la esfingomielina (SM) en la membrana plasmática neuronal. Demostramos que al alterar los rafts esta acumulación reduce la endocitosis dendrítica de moléculas como PrPC y GM1 impidiendo la unión a membrana de la GTPasa RhoA. Esto tiene como consecuencia la distribución no polarizada de estas moléculas que aparecen de forma anómala en las dendritas de neuronas de ratones ASMko. La modulación experimental de los niveles de SM promueve o previene este fenotipo. En conjunto, los resultados obtenidos aportan información sobre los mecanismos de polaridad neuronal y sugieren que defectos en la polaridad pueden jugar un relevante papel patológico en NPA.

El presente trabajo de Tesis Doctoral tuvo como objetivo fundamental evaluar la posibilidad de uso de macroalgas marinas, Macrocystis pyrifera y Undaria pinnatifida, provenientes de la Patagonia Argentina para la remoción de mercurio, zinc, cadmio, cromo y níquel de soluciones acuosas. Conviene destacar las razones por las que se eligieron estos dos materiales biológicos: se tratan de algas marrones cuyo componente principal es el alginato importante desde el punto de vista de la biosorción. M. pyrifera es una alga nativa que llega a las costas del sur Argentino por las mareas y se deposita sobre las playas causando un olor desagradable y un impacto visual negativo afectando la actividad turística, mientras U. pinnatifida es un especie invasora que perturba la dinámica de las poblaciones marítimas, por lo tanto, su extracción y uso beneficiarían al control de su crecimiento poblacional. De acuerdo a lo dicho anteriormente los objetivos específicos han sido los siguientes: - Caracterizar física y químicamente las dos algas especies de algas M. pyrifera y U. pinnatifida. - Establecer el adecuado acondicionamiento de la biomasa para optimizar el proceso de adsorción. - Realizar cinéticas de adsorción de mercurio, zinc, cadmio, cromo y níquel de ambas algas, mediante sistemas de lotes o discontinuos de un solo componente y de dos componentes. - Determinar la capacidad de adsorción de mercurio, zinc, cadmio, cromo y níquel de ambas algas, mediante sistemas de lotes o discontinuos de un solo componente y de dos componentes. - Analizar y establecer la eficiencia de la biosorción de mercurio, zinc, cadmio, cromo y níquel, mediante un sistema en continuo en columnas de lecho fijo. - Determinar el eluyente adecuado mediante ensayos en lote. - Evaluar la factibilidad de recuperación de los metales pesados mediante columnas de desorción. - Determinar la posibilidad de reutilización del biosorbente mediante ciclos de adsorción/desorción en columnas de lecho fijo.

Las macroalgas han sido utilizadas como alimento desde tiempos ancestrales y actualmente también son usadas con diversas aplicaciones en distintas industrias. Las algas rojas Gigartinales constituyen un recurso económico de gran valor debido a su contenido de carragenanos. Éstos son polisacáridos sulfatados presentes en la pared celular, ampliamente utilizados como gelificantes, estabilizantes y espesantes en las industrias alimentaria, cosmética y farmacéutica. En Argentina, Gigartina skottsbergii ha sido explotada para la obtención de carragenanos desde la década del 70 y Sarcothalia crispata ha sido señalada como materia prima potencial con este fin. Estas especies pertenecen a la familia Gigartinaceae, cuyos miembros se caracterizan por tener gametofitos que producen carragenanos gelificantes del tipo Kappa/Iota-, y tetrasporofitos productores de carragenanos espesantes o viscosantes del tipo Lambda-. En base a estos antecedentes, el objetivo general de esta tesis fue el estudio de las macroalgas carragenófitas Gigartina skottsbergii y Sarcothalia crispata del Mar Argentino, incluyendo aspectos morfológicos y reproductivos relevantes con el fin de obtener información que sirva de base para el desarrollo de futuros esporocultivos comerciales y para el manejo de praderas naturales. Este estudio también estuvo orientado a la búsqueda de aplicaciones novedosas de los carragenanos extraídos de estas especies. Para llevar a cabo los objetivos mencionados, se realizaron ensayos a escala de laboratorio para determinar la disponibilidad de carpósporas y tetrásporas de G. skottsbergii y S. crispata coleccionadas en Cabo Raso (Chubut, Argentina), así como la optimización de las condiciones para su liberación a partir de frondes fértiles. Se iniciaron esporocultivos in vitro para estudiar la germinación de las esporas y evaluar sustratos potenciales para el asentamiento y desarrollo de las plántulas. Además, se realizó la extracción y caracterización de los carragenanos de las generaciones gametofíticas de ambas especies y se llevó a cabo la formación de complejos interpolielectrolito (IPECs) con los mismos y el copolímero Eudragit E. Estos IPECs fueron evaluados para la liberación controlada de ingredientes farmacéuticos activos utilizando ibuprofeno como fármaco modelo. La disponibilidad estacional de esporas de G. skottsbergii resultó limitada, obteniéndose cantidades considerables de carpósporas y tetrásporas únicamente en los meses de invierno y primavera. La aplicación de diferentes métodos de inducción de la liberación de esporas (desecación y shock osmótico) no resultó en una mayor obtención de esporas, registrándose valores similares a los obtenidos con la liberación espontánea.Por otro lado, la incubación de las frondes cistocárpicas y tetraspóricas bajo distintas temperaturas no mostró un efecto en la liberación de carpósporas y tetrásporas respectivamente, mientras que el aumento de horas de luz tuvo un efecto positivo en la liberación de tetrásporas, aunque esto no se observó en la liberación de carpósporas. Los esporocultivos iniciados en laboratorio, tanto con carpósporas como con tetrásporas de esta especie, mostraron bajas tasas de supervivencia de plántulas en todos los sustratos evaluados (vidrio, conchillas y piedras). En S. crispata, la aplicación de métodos de inducción (desecación, shock osmótico, baja temperatura) tampoco tuvo efecto en la liberación de carpósporas o tetrásporas. Por ello, para ambas especies, la liberación espontánea de esporas sería un método adecuado para la obtención tanto de carpósporas como de tetrásporas, por ser menos laboriosa y costosa que los demás métodos evaluados. En S. crispata, la liberación de esporas por área de fronde resultó mayor en talos tetraspóricos que en talos cistocárpicos, aspecto relevante a la hora de iniciar cultivos selectivos para la obtención de materia prima específica para la extracción de un tipo determinado de carragenano. Las plántulas tetraspóricas y gametofíticas desarrollaron sobre los cuatro sustratos evaluados (vidrio, sogas, conchillas y piedras), registrándose las mayores densidades, al igual que un adecuado crecimiento, sobre conchillas y piedras a los tres meses de cultivo. Estos sustratos, al ser obtenidos del ambiente natural, no implicarían un riesgo para su inserción en el ecosistema marino. Las sogas no presentaron altas densidades ni buen crecimiento de plántulas. La caracterización de los carragenanos de las generaciones gametofíticas de ambas especies dio como resultado un producto mayormente Kappa, aunque con cantidades menores pero considerables de estructuras Iota y Nu. Los IPECs formados entre estos carragenanos y el copolímero Eudragit E se utilizaron para la elaboración de comprimidos conteniendo ibuprofeno. Los IPECs mostraron características particulares en su composición química y a nivel ultraestructural en cada una de las especies, lo cual se vio reflejado en una liberación más lenta de ibuprofeno en el IPEC formado por el carragenano de S. crispata. El trabajo realizado aporta información valiosa para el manejo de praderas de Gigartina skottsbergii. De acuerdo a los resultados obtenidos, la posibilidad de implementar esporocultivos piloto de Sarcothalia crispata se presenta con mayor factibilidad que en el caso de G. skottsbergii. La liberación controlada de ingredientes farmacéuticos activos constituye una aplicación novedosa de los carragenanos de estas dos especies nativas de la Patagonia argentina.

La presente tesis doctoral aborda el estudio químico y biológico de acetogeninas annonáceas aisladas exclusivamente de especies de la familia Annonaceae. Se realizó también, el estudio teórico computacional para predecir las reactividades y comportamientos de algunas de ellas. Se realizó el aislamiento, purificación e identificación de acetogeninas anonáceas naturales (ACG) presentes en 3 subextractos clorofórmicos: Annona squamosa (SE1), A. montana (SE2) y A. muricata (SE3). Se realizaron modificaciones estructurales por métodos químicos y enzimáticos a una serie de ACG naturales a fin de estudiar la relación estructura-acción insecticida de las ACG naturales y semisintéticas sobre Spodoptera frugiperda mediante 2 modelos experimentales: laboratorio y semicampo. Se realizaron también, mediante cálculos teóricos computacionales, estudios de estabilidad y reactividad de 2 ACG naturales. La caracterización de las moléculas se llevó a cabo mediante espectroscopia Ultravioleta, Infrarrojo, Resonancia Magnética Nuclear de 1H y 13C y Espectrometría de Masas, en comparación con datos previamente reportados en la literatura. Se identificaron 18 ACG naturales: 1 nueva y 2 conocidas mono-tetrahidrofurano-tetrahidropiranos no adyacentes, 7 mono-tetrahidrofuranos (conocidas), 3 bis-tetrahidrofuranos no adyacentes (conocidas) y 5 bis-tetrahidrofuranos adyacentes (conocidas). De este conjunto, se seleccionaron 9 ACG mayoritarias y con potencial acción insecticida sobre Spodoptera frugiperda, para realizar las modificaciones estructurales. Por acetilación química se obtuvieron 3 mono-tetrahidrofuranos tri- y tetra-acetiladas y 5 bis-tetrahidrofuranos adyacentes tri-acetiladas. Por acetilación enzimática se obtuvieron 2 bis-tetrahidrofuranos adyacentes tri-acetiladas y por metoximetilación 3 bis-tetrahidrofuranos adyacentes tri-metoximetiladas. Los resultados de la actividad insecticida en el laboratorio de los 3 subextractos clorofórmicos a 100 y 250 μg/g indicaron que SE1 a 250 μg/g presenta la mayor toxicidad, provocando el 90% de mortalidad del lepidóptero en estadios tempranos, que es cuando esta plaga produce el mayor daño en los cultivos. Las ACG naturales: motrilin, asimicin, rolliniastatin-2, squamocin y molvizarin (100 μg/g) resultaron ser las más tóxicas provocando significativa mortalidad (80, 85, 100, 100 y 100%, respectivamente).Las ACG semisintéticas: asimicin tri-acetilada, laherradurin tri-acetilada e itrabin tri-acetilada a 100 μg/g provocaron significativas alteraciones nutricionales y alta mortalidad larval en la etapa adulta del lepidóptero. Los resultados de la actividad insecticida a semicampo mostraron que el subextracto SE1 a 250 y 500 μg/g provocaron la mayor toxicidad (45 y 60%) sobre S. frugiperda en estadios tempranos. La ACG natural squamocin (100 μg/g) resultó más tóxica (55%) que sus análogas semisinteticas, squamocin tri-acetilada y squamocin tri-metoximetilada (35 y 25%, respectivamente) en las mismas condiciones experimentales.Los resultados de los cálculos teóricos computacionales sugieren que las altas estabilidades de las ACG motrilin y squamocin, pueden atribuirse al anillo lactónico en sus estructuras. Las proximidades entre sus orbitales fronteras HOMO-LUMO revelan que motrilin es ligeramente más reactiva que squamocin y, por lo tanto, las posiciones de los grupos OH en la cadena lateral influyen en sus reactividades y comportamientos.Estos resultados nos permitieron afirmar que:- Las bis-THF ACG naturales son más tóxicas que las mono-THF ACG naturales frente a S. frugiperda.- Las ACG naturales que tienen los grupos OH flanqueantes a los anillos bis-THF provocan la mayor toxicidad frente a S. frugiperda.- La acción insecticida sobre S. frugiperda disminuye cuando los grupos OH se encuentran protegidos por la presencia de grupos acetilos (OAc) y aún más si están bloqueados con grupos metoximetilos (MOM).Lo que nos llevó a concluir que:?La presencia en las ACG de grupos OH flanqueantes a los anillos bis-THF es el requerimiento molecular indispensable para diseñar derivados sintéticos selectivos en su acción insecticida sobre Spodoptera frugiperda?