Catálogo de publicaciones

La "edad de oro" de la terapia antimicrobiana comenzó con el descubrimiento de los antibióticos. Sin embargo el uso generalizado de agentes antimicrobianos produjo el aumento de resistencia a los antibióticos por parte de bacterias y otros microorganismos infecciosos. Así, la inactivación fotodinámica (PDI) se ha convertido en una estrategia emergente para el tratamiento de microorganismos patógenos. Con el fin de evaluarlos como fotosensibilizadores para PDI, se sintetizaron cuatro derivados del fullereno C60 (MPC60, DPC602+, MMC60 y DMC603+). Estos compuestos absorben principalmente en la región ultravioleta. Estudios cinéticos con distintos sustratos indican que producen eficientemente especies reactivas de oxígeno (ROS) por ambos mecanismos fotodinámicos (Tipo I y Tipo II). Estudios in vitro de PDI con la bacteria Gram positiva Staphyloccocus aureus indicaron que los fullerenos catiónicos son más eficientes, produciendo ambos fotosensibilizadores una PDI de 99.99% con una concentración de 0,5 µM, luego de 30 min de irradiación. Con la bacteria Gram negativa Escherichia coli sólo DMC603+ mostró fotoinactivación, con un 99,97% de eficacia a 1 µM y 30 min de irradiación. Por lo tanto, DMC603+ es una molécula muy efectiva para la PDI de bacterias Gram positivas y Gram negativas. Además la PDI puede potenciarse relevantemente con ioduro de potasio (KI).Por otro lado, para disminuir la desventaja principal del C60 como fotosensibilizador relacionada a sus bajas absorciones en el visible, se propuso el diseño de díadas conformadas por una antena captadora de luz y dadora de energía unida al C60. Como antenas se propusieron fluoróforos derivados del BODIPY. Se realizó la síntesis de dos BODIPYs (BDP2 y BDP4). Éstos presentan una importante absorción en la región verde del espectro. En la emisión se observó una disparidad en las intensidades debido a las diferencias estructurales. Se evidenció una baja producción de oxígeno singlete (O2(1g)), y una contribución del mecanismo tipo I. Las propiedades fotodinámicas se estudiaron en presencia de KI. Se observó un aumento del entrecruzamiento de sistemas (ISC) por efecto de átomo pesado externo, que incrementa la producción de ROS y genera especies reactivas de iodo. Ambos BODIPYs inactivan eficientemente S. aureus, alcanzando una PDI completa con una concentración de 1 M y 5 min de irradiación. En E. coli, se encontró una mayor inactivación con 5 M de BDP4. En presencia de I- se potenció sustancialmente la PDI de ambos BODIPYs, alcanzando una eficiencia total para BDP2 y BDP4. De esta manera, se comprobó que tales BODIPYs pueden utilizarse dualmente como agentes teranósticos, ya sea como fluoróforos para imágenes de diagnóstico celular y como fotosensibilizadores combinados con KI para PDI.Finalmente se sintetizaron dos díadas (BDP-C60 y BDP-C602+), utilizando como antenas a BDP2 y su precursor sin metilar (BDP1). Los espectros de absorción son una combinación lineal de los espectros de las estructuras individuales. Ambas estructuras, muestran una emisión muy débil, lo que revela una desactivación importante del estado excitado singlete del BODIPY por parte del C60. La espectroscopía de especies transitorias demuestra un preponderante proceso fotoinducido de transferencia de energía (PET) en tolueno, y la aparición de un proceso de transferencia de electrones (PeT) en un medio más polar de dimetilformamida (DMF). Los estudios de fotooxidación mostraron una mayor producción de ROS para BDP-C60 y BDP-C602+ en comparación a las unidades estructurales. Los ensayos de PDI indicaron que la díada catiónica es un fotosensibilizador más efectivo para la fotoinactivación de S. aureus, presentando una inactivación de 99,999% con una concentración de 5 M y 30 min de irradiación con luz visible, mostrando contribución de ambos mecanismos fotodinámicos. Los resultados obtenidos para las díadas de BODIPY-C60 demuestran que estos nuevos diseños estructurales pueden potenciar la acción fotodinámica del fullereno C60 por efecto antena, optimizando la PDI en sitios donde se requiera de mayor penetración de la luz.

Tesis (Dr. en Ciencias Químicas)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2007.

La Química Bioinorgánica constituye la intersección entre la Química Inorgánica y la Bioquímica. Se sabe que los elementos inorgánicos (incluidos los iones metálicos y los compuestos de coordinación) son necesarios para la vida en muchos organismos, ya que funcionan en el transporte de moléculas y son un componente clave de las enzimas. Además, la coordinación de moléculas orgánicas con metales permite potenciar las propiedades biológicas de las mismas. En este contexto, se decidió sintetizar y caracterizar complejos de coordinación para estudiar sus propiedades biológicas y toxicológicas en el marco de este trabajo de tesis doctoral. A continuación se presenta una reseña de las principales conclusiones arribadas luego del estudio de la química bioinorgánica de los compuestos sintetizados.En concordancia con los objetivos propuestos en el plan de tesis, se sintetizaron tres complejos de coordinación nuevos (VO/Baic, VO/Api y Cu/5-HTP). Los mismos se caracterizaron experimentalmente como Na4[VO(Baic)2].6H2O, [VO(Api)(H2O)2]Cl y [Cu(5-HTP)2].H2O. La optimización de los complejos empleando herramientas del DFT sugiere que el complejo VO/Baic es un complejo pentacoordinado con geometría piramidal cuadrada VO(O4), el VO/Api es un complejo pentacoordinado con geometría piramidal cuadrada distorsionada VO(O4) y que el confórmero más estable del Cu/5HTP tiene una geometría cuadrado-plana CuN2O2 con una disposición trans de los aminoácidos en el plano ecuatorial. Las geometrías optimizadas de los mismos concuerdan con las esferas de coordinación propuestas teniendo en cuenta la caracterización estructural realizada por métodos químicos y fisicoquímicos.La determinación de las propiedades biológicas in vitro de las moléculas nuevas y el estudio de su perfil toxicológico constituyen los pilares fundamentales del descubrimiento de fármacos (drug discovery). En este sentido, se estudiaron las características biológicas y toxicológicas de los complejos sintetizados. Los complejos en estudio mostraron buenas propiedades antioxidantes en ensayos in vitro con el siguiente orden de actividad Cu/5-HTP > VO/Baic > VO/Api. En todos los casos la complejación con el metal mejoró las propiedades antioxidantes del ligando libre. En lo que respecta a las demás propiedades biológicas, el complejo Cu/5-HTP fue el único que mostró actividad antimicrobiana moderada (frente a S. aureus ATCC 25923 y E. faecalis ATCC 29212). Asimismo, este complejo fue el único que mostró una fuerte actividad inhibitoria de la enzima fosfatasa alcalina, mucho mayor que las actividades medidas para el ligando y el metal libre. Los estudios toxicológicos indican que los complejos sintetizados son seguros ya que no mostraron toxicidad aguda ni genotoxicidad. Estos hallazgos permiten concluir que la complejación mejora las propiedades biológicas de los mismos permitiendo la obtención de nuevas moléculas farmacológicamente activas.Existen numerosos reportes sobre complejos de iones metálicos que ejercen efectos inhibitorios a nivel de la promoción del tumor. Los complejos de coordinación sintetizados durante este trabajo de tesis doctoral mostraron actividad antitumoral frente a las líneas de cáncer ensayadas. La complejación mejoró la actividad antitumoral de los ligandos (efecto sinérgico). La disminución en la viabilidad celular y los cambios morfológicos observados ponen en evidencia la actividad antitumoral de los complejos sintetizados. En líneas generales la actividad es dependiente de la dosis de los compuestos y del tiempo de incubación. Los resultados de los ensayos de generación intracelular de ROS (con y sin agregado de los agentes antioxidantes) sugieren que el mecanismo de acción antitumoral en todos los casos está asociado al estrés oxidativo generado por el agregado de los compuestos, los que mostraron actividad pro-oxidante en las células tumorales. Estos hallazgos sugieren que los complejos sintetizados podrían ser candidatos para el tratamiento del cáncer.Además de las propiedades biológicas y toxicológicas, es necesario estudiar la biodisponibilidad de las moléculas nuevas. Como la albúmina sérica es la proteína más abundante en el plasma sanguíneo e interviene en el transporte y disposición de fármacos, se estudió la interacción de los complejos VO/Baic y VO/Api con la ASB. Dicha interacción se produce de manera espontánea y al mismo tiempo reversible indicando que los dos complejos podrían ser transportados por la ASB hasta el sitio de acción en el que van a ejercer su actividad farmacológica (antioxidante, antitumoral, etc). Para el complejo de Cu/5-HTP no pudo medirse la interacción por técnicas fluorométricas debido a la interferencia que el espectro de fluorescencia del ligando produce sobre la banda caraterística de la albúmina.Tomados en conjunto, los resultados indican que la modificación estructural de compuestos antioxidantes por complejación con iones metálicos de transición resultó en la generación de candidatos prometedores como nuevos agentes con potencial actividad anticancerígena. Los aportes al conocimiento científico de la química bioinorgánica generados durante el desarrollo de esta tesis doctoral pueden dar lugar a nuevas líneas de investigación.

En este trabajo doctoral se presentan la síntesis y el empleo de copolímeros fumáricos en la elaboración de membranas con el objetivo de ser utilizados como material para el desarrollo de parches transdérmicos. Los copolímeros fueron obtenidos por copolimerización radical empleando energía de microondas a partir de acetato de vinilo y dos monómeros fumáricos: el fumarato de diisopropilo y el fumarato de di-2-octilo, siendo este último un monómero fumárico de cadena lateral larga sintetizado en el laboratorio. Los copolímeros obtenidos fueron caracterizados utilizando diversas técnicas y asimismo se analizó la presencia de reacciones de transferencia al polímero durante la copolimerización. Además, se estudió la copolimerización radical del fumarato de di-2-octilo con acetato de vinilo en solución empleando la técnica de polimerización radical controlada denominada polimerización por adición-fragmentación y transferencia de cadena reversible (RAFT), utilizando como agente de transferencia de cadena un xantato obtenido en el laboratorio y lográndose buenos resultados en el control del índice de polidispersidad y peso molecular de los copolímeros. Se seleccionaron distintos copolímeros y con ellos se elaboraron membranas a través del método de solvent-casting. A partir de las distintas películas se seleccionó el material más adecuado para el fin deseado mediante el estudio de apariencia, morfología, propiedades adhesivas e hinchamiento. También se elaboraron membranas conteniendo un bifosfonato, el risedronato (una droga osteogénica, obtenida por síntesis en el laboratorio y caracterizada previo a su uso) en dos relaciones de concentración bifosfonato/copolímero: 6% p/p y 12% p/p. La apariencia y distribución de la droga en las películas se analizó visualmente y mediante Microscopía Óptica, obteniéndose mayor heterogeneidad en la dispersión de risedronato en las películas del copolímero obtenido mediante polimerización controlada, respecto al obtenido por microondas. Se evaluó, además, la posible existencia de interacciones droga-copolímero mediante Espectroscopia Infrarroja con Transformadas de Fourier y Calorimetría Diferencial de Barrido. Complementariamente se realizó la determinación del porcentaje de carga de la droga en la matriz y el estudio de estabilidad del risedronato en solución acuosa. Paralelamente, se desarrolló un método cromatográfico para la detección del mencionado bifosfonato empleando Cromatografía Líquida de Alta Eficacia, estudiándose, a su vez, los parámetros del método tales como repetibilidad, linealidad, exactitud y sensibilidad. Los valores obtenidos arrojaron que el método resultó efectivo destacándose, a su vez, por la sencillez de sus condiciones experimentales en relación a los métodos existentes. Por último, los ensayos de liberación in vitro del bifosfonato se realizaron en un equipo disolutor y los perfiles de liberación de la droga fueron analizados mediante distintos modelos teóricos a fin de obtener información acerca del mecanismo de transporte involucrado en el proceso. El análisis de los coeficientes de correlación mostró que los Modelos de Weibull y de Ritger-Peppas presentaron las mejores correlaciones, demostrando este último que el mecanismo interviniente en el proceso de liberación es un caso de transporte conocido como Super Caso II. Los resultados obtenidos para el copolímero AcV-co-FDO-MO-3 lo presentan como un excelente candidato para ser reemplazo de los actuales copolímeros comerciales derivados de ésteres acrílicos destinados a la elaboración de parches transdérmicos.

Las enzimas de ADN (DNAzimas) son moléculas catalíticas formadas por una cadena simple de desoxirribonucleótidos. Estas moléculas no se encontraron en la naturaleza sino que fueron obtenidas a través de procesos de selección molecular in vitro. En particular, la DNAzima 10-23 es una enzima de ADN que fue descripta por Santoro y Joyce en 1997. Es la más utilizada en estudios de silenciamiento génico en sistemas biológicos debido a su capacidad de reconocer, unirse e hidrolizar una molécula de ARNm. Su secuencia se compone de un núcleo catalítico conservado de 15 desoxirribonucleótidos y dos brazos de reconocimiento a ambos lados del núcleo. Luego de unirse por complementariedad de bases, la DNAzima 10-23 puede hidrolizar al ARNm blanco entre una purina desapareada (A, G) y una pirimidina apareada (U, C) en presencia de Mg2+. La estabilidad de una DNAzima se puede mejorar mediante la incorporación de nucleósidos modificados tanto en el núcleo catalítico como en los brazos de reconocimiento. Estas modificaciones pueden aumentar la estabilidad y prolongar la vida media de la DNAzima en sistemas biológicos. Por otro lado, el uso de modificaciones químicas permite estudiar y resolver interrogantes respecto a la relación entre la estructura y la función de estas moléculas. Esta tesis consiste en la síntesis y caracterización de DNAzimas modificadas en el núcleo catalítico con (2'R) y (2'S)-2'-desoxi-2'-C-metilnucleósidos. Estos nucleósidos presentan una restricción de la conformación del anillo furanósico dependiendo de la configuración del carbono 2 ́. Por otra parte, al incluir estas modificaciones en secuencias de oligonucleótidos, se ve aumentada la estabilidad ante la degradación por nucleasas. El objetivo principal fue obtener DNAzimas resistentes a la degradación nucleolítica que pudieran ser útiles en la inhibición de la expresión de ARNms terapéuticos. Por otra parte, se analizaron las consecuencias funcionales y estructurales generadas por la incorporación de estas modificaciones a la estructura de la DNAzima 10-23. Los resultados obtenidos muestran que las modificaciones (2'R) y (2'S)-2'-desoxi-2'-C- metilnucleósidos pueden ser estratégicamente introducidas en diferentes posiciones del núcleo catalítico de la DNAzima 10-23 sin observarse una pérdida significativa de la actividad. También se observó que estas modificaciones aumentan la vida media de las DNAzimas en diferentes sistemas biológicos. En base a estos resultados, podemos concluir que las DNAzimas sintetizadas en este trabajo podrían ser útiles como molécula antisentido en la inhibición de la expresión de ARNms terapéuticos.

Este trabajo presenta la síntesis de dispersiones acuosas de híbridos poliuretano/acrílico con diferente contenido de acrílico (10, 30, 50, 70, 90 %p/p) mediante la polimerización de monómeros acrílicos (metacrilato de metilo, acrilato de n-butilo y ácido acrílico) en presencia de tres tipos de poliuretanos con grupos vinílicos terminales sintetizados a base de poli(propilenglicol) de Mw=1000, ácido dimetilol propiónico, metacrilato de 2-hidroxietilo y tres diisocianatos diferentes (diisocianato de isoforona, diisocianato de meta tetrametilxilileno y diisocianato de 4,4'-diciclohexil metileno),como también la síntesis de dispersiones acuosas de nanocompuestos de sílice/poliuretano con diferente contenido de sílice (5, 10 y 15 %p/p) a base de nanosílice organomodificada con tamaño de partículas de 12 nm y un poliuretano a base de poli(propilenglicol) de Mw=1000, ácido dimetilol propiónico, metacrilato de 2- hidroxietilo y diisocianato de isoforona. El trabajo se completa con la caracterización de los prepolímeros poliuretánicos, de las dispersiones acuosas y las películas obtenidas por “casting” a partir éstas, antes y después de un tratamiento térmico para completar la coalescencia (denominado también como “curado”), y su comparación con las propiedades de las respectivas mezclas físicas preparadas a partir de la simple combinación de dispersiones acuosas de los componentes puros.

El interés que ha dado lugar a este trabajo de tesis se ha centrado sobre polímeros derivados de la poli-4-vinilpiridina (P4VP) coordinados a complejos tricarbonílicos de Renio(I) α-diimina. Estos sistemas muestran, además de las propiedades relacionadas a cada componente basado en el metal, las propiedades relacionadas con la estructura y la composición de todo el arreglo polimérico. Mediante variaciones externas (cambio en la polaridad del solvente, protonación de las piridinas libres), es posible lograr la agregación de cientos de cadenas de polímero en arreglos supramoleculares de tamaño nanométrico, y estudiar el efecto que tienen estos cambios morfológicos sobre las propiedades fotoquímicas y fotofísicas de estas supramoleculas.

El objetivo general del presente trabajo es la síntesis y caracterización de polioxotungstovanadatos con estructura tipo Keggin inmovilizados en polímeros superabsorbentes como catalizadores en la oxidación selectiva de sulfuros a sulfóxidos o sulfonas a través de procedimientos de bajo impacto ambiental y que permitan, mediante catálisis heterogénea, la obtención de productos con probada o potencial actividad farmacológica. Se procuró el uso de metodologías sintéticas que involucren el menor impacto ambiental posible, de manera de cumplir con la mayor cantidad de los postulados de la Química Verde. Para ello se reemplazaron los oxidantes tradicionalmente utilizados para la oxidación planteada por otros más amigables con el medio ambiente como es el caso del peróxido de hidrógeno. Se realizó la evaluación catalítica de los materiales sintetizados en la oxidación de bencil fenil sulfuro, dibencil sulfuro y difenilsulfuro Las mejores condiciones de reacción encontradas fueron utilizadas para la preparación de otros sulfóxidos y sulfonas, entre ellos compuestos de interés farmacológico: Omeprazol (un sulfóxido) y Dapsona (una sulfona). El primero de ellos se utiliza en el tratamiento de enfermedades gástricas, mientras que la Dapsona en un agente antimalárico.

Las propiedades fotofísicas, fotoquímicas y fotosensibilizadoras de complejos tricarbonílicos de Re(I), han sido objeto de vastas investigaciones desde hace más de 40 años debido a su potencial aplicación en diferentes áreas, tales como fotocatálisis, sensores luminiscentes y terapia fotodinámica, entre otras. En este contexto, y en el marco de este trabajo de tesis, se propuso avanzar con la síntesis y caracterización de las propiedades fotofísicas, fotoquímicas y fotobiológicas de un grupo definido de complejos organometálicos de Re(I). En particular, los complejos seleccionados para este trabajo pertenecen a la familia de complejos tricarbonílicos de Renio, fac-ReI(CO)3L1L2, donde un ligando es una β-carbolina y el otro ligando una diimina bidentada. Las β-carbolinas fueron elegidas como ligando debido a sus interesantes propiedades fotoquímicas, fotofísicas y fotobiológicas, las cuales serán detalladas en el presente trabajo. El hecho de poder nuclear estas propiedades con las de los complejos organometálicos de Re(I) puede generar un nuevo compuesto donde no solo se sumen las propiedades deseadas de ambos fragmentos, sino que además se de origen a nuevas e interesantes propiedades.Como se ha observado en la bibliografía para complejos similares, muchos complejos de Re(I) pueden participar de procesos de sensibilización actuando como fotosensibilizadores frente a distintas macromoléculas. En estos procesos la energía lumínica es absorbida por el complejo, generando un estado excitado, para luego ser transferida a la molécula blanco incapaz de absorber esta radiación. Así, en macromoléculas biológicas como por ejemplo el ácido desoxirribonucleico (ADN), se pueden generar daño fotoinducido con los consecuentes cambios estructurales y funcionales en estos sistemas. Buscando realizar aportes en este sentido, se propuso determinar los modos de unión al ADN de los complejos a investigar y dilucidar los mecanismos de los fotoprocesos que generan diversas lesiones en el material genético. En este marco, se estudió también la generación de especies reactivas del oxígeno, en particular oxigeno singlete (1O2). Asimismo, se evaluo la capaciad de internalización o captación celular de estos complejos por parte de células eucariotas evaluando, además, su capacidad citototoxica. Finalmente, se determino la capacidad mutagénica y fotomutagénica de los mismos a través del denominado test de Ames. Toda la información obtenida a lo largo de esta Tesis nos permite evaluar uso potencial de estos compuestos en diversas aplicaciones biotecnológicas.

En este trabajo de Tesis Doctoral se presentan dos metodologías diferentes de síntesis y caracterización de nanopartículas magnéticas (MNPs) de magnetita (Fe3O4), y su modificación química superficial para la obtención de distintos productos con diferentes propiedades de aplicación. Por un lado, se presenta la modificación de MNPs con Pd en vías de obtener nanocatalizadores tipo core-shell superparamagnéticos reutilizables. Se caracterizaron las partículas exhaustivamente mediante numerosas metodologías. Se investigó el rol del estabilizante de las nanopartículas superparamagnéticas (SPNPs) en la síntesis de las mismas, y la posibilidad de realizar intercambios de ligando posterior a la síntesis. Se evaluó la efectividad catalítica de los nanocatalizadores obtenidos en reacciones de acoplamiento para la formación de enlaces C-C de Suzuki-Miyaura, Heck-Mizoroki y Sonogashira-Hagihara, y su posibilidad de ser reciclados. Los nanocatalizadores aquí desarrollados mostraron una buena actividad en las tres reacciones antes mencionadas, con la posibilidad de ser recuperados y reutilizados hasta cuatro veces para reacciones de Heck-Mizoroki y cinco veces en el caso de reacciones de Suzuki-Miyaura. Los rendimientos obtenidos en reacciones de Sonogashira-Hagihara fueron de alrededor de un 40%, pero con una gran ventaja de no necesitar el empleo de un co-catalizador de Cu.Por el otro lado, se informa la modificación química superficial de MNPs de γ-Fe2O3(comerciales) y Fe3O4, en un primer paso con agentes de acoplamiento silano, parafuncionalizar a conveniencia la superficie de las misma, y en un segundo paso con polímeros termosensibles con el fin de obtener materiales magnéticos termosensibles con potenciales aplicaciones en nanomedicina. En el caso de las MNPs de γ-Fe2O3, las mismas fueron modificadas con poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAm) para la obtención de MNPs termosensibles (tMNPs), las cuales exhibieron una LCST (menor temperatura crítica de transición) de 32,5-33 °C. En el caso de las MNPs de Fe3O4, fueron  modificadas con polímeros lineales derivados de poliglicerol monofuncionalizados en orden de obtener nanopartículas magnéticas termosensibles (tMNPs) y con polímeros del mismo tipo bifuncionalizados para la producción de nanogeles termosensibles (tMNGs). Se obtuvieron tMNGs de tamaños de 100-200 nm, con una polidispersidad de tamaños aceptable. Todos los productos fueron caracterizados por técnicas convencionales.Este trabajo implica la creación de una nueva línea de investigación en el grupo de Polímeros de la Facultad de Ciencias Químicas (UNC) y busca sentar las bases de la síntesis, caracterización y modificación química superficial de MNPs para futuros trabajos en el área.