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En este trabajo de Tesis Doctoral se presentan el estudio de las propiedades vibracionales, estructurales y supramoleculares de una serie de compuestos nuevos pertenecientes a las familias químicas de las tioureas de acilo, amidas y guanidinas de acilo. Los compuestos seleccionados están relacionados desde el punto de vista de la naturaleza de sus sustituyentes, con el objetivo de poder establecer similitudes y entender tendencias en las propiedades fisicoquímicas y estructurales estudiadas. En particular, se presenta una serie de compuestos del tipo tioureas de acilo R1C(O)NHC(S)NH-R2, sustituidos en la posición R1 por grupos adamantilo, noradamantilo y bencilo; mientras que se eligieron sustituyentes R2 de cadenas alifáticas con grupos ricos en electrones [R2 = -C(CH2OH)3, -CH2CH2OCH3, -CH2CH2OH] o aromáticos con presencia de átomos atrayentes de electrones como bromo (Br) y flúor (F) [R2 = -2,4,6-trifluorofenil, -2,4,5-trifluorofenil y -2-Br-4,6-difluorofenil]. En la familia de las guanidinas de acilo ( R1C(O)NHC(N-R3)NH-R2) los sustituyentes R3 corresponden también a los sustituyentes aromáticos.

El objetivo del presente trabajo de tesis es contribuir en el hallazgo de compuestos terapéuticos frente a la enfermedad de la diarrea viral bovina (DVB) y a las parasitosis debidas a Trypanosoma cruzi y Trypanosoma brucei. Para cumplir con dicho objetivo, se realizó un estudio exhaustivo y multidisciplinario que comprendió la síntesis, evaluación biológica y estudios computacionales de tiosemicarbazonas de 1-indanonas N 4 -aril sustituidas (N 4 -TSCs). Se sintetizaron y caracterizaron 30 N 4 -TSCs, de las cuales 24 son descriptas por primera vez en el marco de esta tesis. Los compuestos preparados poseen diferentes sustituyentes en el núcleo indánico y en la posición para del arilo unido al N 4 con el fin de evaluar la variación de la actividad según el patrón de sustitución. La síntesis fue llevada a cabo mediante dos metodologías, una convencional y otra utilizando tecnología de microondas, por lo cual se pudo determinar qué método resulta más ventajoso según tiempos y rendimientos de reacción. Se determinaron las actividades de las N 4 -TSCs frente al virus de la DVB (VDVB), a partir de las cuales se realizó un estudio de la relación estructura-actividad en el que se identificaron patrones estructurales claves para la actividad de las N 4 -TSCs como agentes anti-VDVB. El compuesto más activo fue identificado como probable inhibidor de la ARN polimerasa viral dependiente de ARN por lo cual se llevaron a cabo estudios computacionales de docking y de dinámica molecular con esta enzima. Los resultados computacionales obtenidos permitieron conocer en detalle las características de esta serie de compuestos que serían determinantes para su actividad. Por otro lado, se llevó a cabo la evaluación de las N 4 -TSCs frente a T. cruzi para las formas epimastigote, tripomastigote y amastigote. Los resultados obtenidos mostraron que cuatro compuestos fueron activos frente a los tres estadios del parásito. De acuerdo a los antecedentes en literatura para este tipo de compuestos como inhibidores de la enzima cruzipaína, varias N 4 -TSCs fueron evaluadas frente a esta enzima. Los compuestos no mostraron ser inhibidores de la cruzipaína. Se llevaron a cabo estudios in vitro frente a T. brucei, los cuales mostraron que varios compuestos fueron activos frente al parásito. Uno de los derivados (N 4 -TSC 8) se destacó por su potencia y se estudió su capacidad de inhibir las proteasas del parásito. Los resultados indicaron que estas enzimas no serían el blanco de acción del compuesto. Teniendo en cuenta los valores de actividad se realizó un estudio de relación estructuraactividad cuantitativa (QSAR), el cual permitió establecer una posible conformación activa y determinar las propiedades de las cuales dependería la actividad biológica estudiada. Asimismo, mediante distintos ensayos se estudió por citometría de flujo el tipo de muerte celular que induce el compuesto 8 en T. brucei. Los resultados indicaron que el compuesto desencadena en los parásitos un proceso similar a la apoptosis. Por otro lado, se evaluó la citotoxicidad de todos los compuestos sobre células de mamífero, no evidenciándose efectos tóxicos a las máximas concentraciones que pudieron ser investigadas las N 4 -TSCs. A partir de los resultados de la presente tesis se identificaron compuestos activos como antivirales y antiparasitarios, se estudió la relación estructura-actividad, se realizaron estudios del mecanismo de acción y del tipo de muerte celular. Asimismo, se generaron modelos teóricos de QSAR, y se llevaron a cabo estudios de docking y dinámica molecular que permitieron conocer las características moleculares que estarían implicadas en la acción de estos compuestos. Finalmente, los resultados alcanzados permiten sentar bases para continuar con el diseño de nuevas moléculas antivirales y antiparasitarias. La información obtenida podrá ser aplicada en otras estrategias de la Química Medicinal como el cribado virtual de librerías de compuestos y la posterior farmacomodulación de los candidatos más prometedores para el tratamiento de la enfermedad de la DVB y las tripanosomiasis.

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2019

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2018

Los tratamientos con radiación contra el cáncer han evolucionado con el objetivo de aumentar su eficiencia y en busca de favorecer la recuperación de los pacientes. La complejidad de estos tratamientos de radioterapia impone requisitos rigurosos a los sistemas de dosimetría de radiación ionizante, siendo los más importantes las propiedades de tejido-equivalencia y la capacidad de realizar estimaciones tridimensionales. Por ello, es necesario contar con sistemas avanzados de dosimetría no convencional, que permitan satisfacer los requerimientos dosimétricos actuales.Con ese objetivo, se desarrollaron e investigaron materiales y metodologías para realizar mediciones dosimétricas en técnicas de radioterapia novedosas, apuntando a resolver situaciones que no pueden ser solucionadas por sistemas tradicionales o que lo hacen de manera parcial.Estos sistemas fueron utilizados para realizar determinaciones dosimétricas experimentales en campos de radiaciones complejos y las mediciones de los sistemas avanzados se compararon con sistemas tradicionales como la cámara de ionización. También se llevaron a cabo comparaciones con el sistema de planificación de tratamiento que se utiliza para el tratamiento de pacientes.Para terapias en fase de investigación que requieren dosimetría en campos mixtos de radiación gamma y neutrones, se realizaron modificaciones de dosímetros avanzados que permitieron estimar la contribución de cada tipo de radiación a la dosis total. Con el objetivo de efectuar determinaciones dosimétricas en terapias más novedosas que involucran diagnóstico y tratamiento en simultáneo, llamadas teranósticas, se desarrolló un sistema de dosimetría avanzada, que permite realizar monitoreos en línea y cuantificar potenciales refuerzos de dosis en los tratamientos.En todos los casos, los resultados fueron contrastados con simulaciones Monte Carlo para contar con validaciones independientes de las mediciones y con mecanismos de predicción de las diferentes situaciones estudiadas.Por último, se implementaron herramientas para obtener comparaciones cuantitativas en una, dos o tres dimensiones de las distribuciones de dosis medidas, contrastándolas con las distribuciones obtenidas por sistemas dosimétricos convencionales o por medio de simulaciones Monte Carlo.

En esta tesis se estudió la oxidación de colorantes con peróxido de hidrógeno utilizando dos estrategias de activación: el agregado de hierro metálico (Fenton asistido por ZVI) y el uso de peroxidasa de soja inmovilizada en nanomateriales magnéticos. En el caso de la Fenton asistida por ZVI se realizó un estudio minucioso de los procesos fisicoquímicos involucrados mediante ensayos en batch. Se encontró la coexistencia de dos vías de remoción (oxidativa y reductiva) cuyo peso relativo era dependiente de las condiciones operativas. Con los conocimientos generados se realizó un diseño racional de un reactor continuo capaz de funcionar a pH cercanos a la neutralidad. En el estudio de la peroxidasa inmovilizada se utilizaron soportes a base de maghemita con distintos recubrimientos de sílice, encontrándose un efecto protector de los recubrimientos sobre la actividad de la enzima.

La creciente demanda energética mundial determina la necesidad de buscar nuevas fuentes de energía alternativas. El Hidrógeno surge como una potencial fuente energética, pero su uso en la industria apenas logra abastecerse con los actuales métodos de obtención del gas a partir de hidrocarburos. El grupo de investigación del Dr. Dumesic logró, en 2002, obtener hidrógeno mediante un nuevo método de reformado en fase acuosa de hidrocarburos oxigenados provenientes de la lixiviación de biomasa. Actualmente, los catalizadores más promisorios en esta área tienen una alta proporción de metales preciosos. Para la obtención de catalizadores activos y selectivos de menor costo, es necesario reemplazar al menos parte del metal noble por otros metales y buscar la combinación adecuada de materiales y métodos de preparación que permitan la disminución costos de materias primas y preparación y obtener sistemas catalíticos estables que puedan tener aplicación industrial. En la presente Tesis se describe la obtención de sistemas catalíticos que fueron optimizados en actividad, selectividad y costos de preparación, aptos para el procesamiento de moléculas modelo de etilenglicol, glicerol y sorbitol, todos ellos derivados de los lixiviados lignocelulósicos. Se obtuvo un adecuado método de preparación, una mejora en el catalizador modelo y una reducción en la carga del metal precioso utilizado, mediante reemplazo parcial del mismo con otros dos metales de menor valor comercial. Los catalizadores obtenidos resultaron estables en el tiempo, durante periodos mayores que el catalizador objetivo a mejorar y sus medidas de selectividad y rendimiento mostraron considerables mejoras.

Las nuevas tendencias en el sector de alimentos incluyen la obtención de productos que, además de ser fuente de macronutrientes, aporten compuestos bioactivos que prevengan la aparición de enfermedades crónicas; siendo cada vez más importante satisfacer las necesidades específicas de poblaciones de individuos, ya sea en estado saludable o con una enfermedad particular. El objetivo del presente trabajo fue desarrollar sistemas de vehiculización para el transporte individual o simultáneo de antioxidantes naturales y minerales. Se obtuvieron polvos conteniendo zinc, extracto de yerba mate o una combinación de ambos, mediante la técnica de co-cristalización en matrices de sacarosa. En general, los productos obtenidos mostraron buena fluidez y bajos valores de contenido de humedad, actividad acuosa e higroscopicidad. Además, los compuestos activos encapsulados mostraron una buena estabilidad fisicoquímica durante el almacenamiento. Se prepararon bebidas con antioxidantes naturales usando como ingrediente los polvos con extracto de yerba mate. Estas fueron evaluadas sensorialmente por un panel de jueces no entrenados, encontrando elevados niveles de aceptación. Por otro lado, se prepararon tabletas mediante compresión directa, mezclando los compuestos activos encapsulados (zinc, extracto de yerba mate o una combinación de ambos) con excipientes (almidón de maíz y estearato de magnesio). Todas las formulaciones mostraron óptimas características de manipuleo (fluidez y humedad) y buena compactibilidad. Se evaluaron los atributos sensoriales de las tabletas obteniendo una buena aceptabilidad. Finalmente, se desarrollaron tabletas compartimentalizadas para co-vehiculización de zinc y extracto de yerba mate. Estas matrices permitieron mantener las propiedades individuales de cada compuesto activo. Para la compartimentalización, el almidón de maíz nativo fue usado como un vehículo de zinc. Las tabletas obtenidas se desintegraron rápidamente y mostraron una alta velocidad de liberación de los compuestos activos en agua. Los sistemas desarrollados para la vehiculización de minerales y antioxidantes naturales constituyen una alternativa para aumentar la ingesta dietaría de estos compuestos bioactivos con propiedades saludables.

Los flavonoides son metabolitos secundarios vegetales y, como tales, son ubicuos en los ecosistemas. En general, se encuentran glicosilados y en su reciclo natural, la desglicosilación es el primer paso catabólico seguido de la oxidación de la estructura aromática. Las diglicosidasas son enzimas que catalizan la hidrólisis del enlace heterosídico y liberan el disacárido y su correspondiente aglicona en una única reacción. El hongo Acremonium sp. DSM 24697 ha sido descripto como productor de una diglicosidasa, denominada 6-O-α-ramnosil-β-glucosidasa I, específica para flavonoides 7-O-rutinosilados. Si bien la hidrólisis del flavonoide 3-O-rutinosilado rutina no ha sido detectada con esta enzima, esta cepa es capaz de crecer con rutina como fuente de carbono. Basados en estos resultados previos, en el presente trabajo se estudió el sistema enzimático de Acremonium sp. DSM 24697 para la desglicosilación de rutina. Además se realizó una exploración de nuevas diglicosidasas en 28 cepas de los géneros Acremonium y Sarocladium utilizando diversos flavonoides (rutina, diosmina y hesperidina) como fuente de carbono. Rutina (quercetin-3-O-(6-O-α-L-ramnopiranosil-β-D-glucopiranósido) es un flavonoide compuesto por el polifenol quercetina y el disacárido rutinosa. Su desglicosilación enzimática es usualmente cuantificada mediante HPLC debido a la carencia de un método de screening rápido. Así, el desarrollo y validación de un método espectrofotométrico para la cuantificación de quercetina permitió medir la actividad desglicosilante de rutina y evaluar un número mayor de muestras en el tiempo. Los valores máximos de actividad enzimática para Acremonium sp. DSM 24697 y Sarocladium strictum DMic 093557 fueron 11.04 ± 1.15 U/L y 22.4 ± 4.1 U/L, respectivamente. En ambos casos, los productos de reacción se identificaron como rutinosa y quercetina, confirmando la producción de la actividad diglicosidasa. La diglicosidasa de Acremonium sp. DSM 24697 que hidroliza el flavonoide rutina, fue denominada 6-O-α-ramnosil-β-glucosidasa II. Esta última posee un peso molecular aparente de 85 kDa, un pH y una temperatura óptima 5.0 y 50 °C respectivamente. Este catalizador mostró una alta promiscuidad de sustratos respecto de las diglicosidasas descriptas en literatura. Fue capaz de hidrolizar 3-O-rutinósidos, 7-O-rutinósidos y con menor especificidad también hidrolizó 7-O-neohesperidósidos y los polisacáridos xilano y laminarina. El gen que codifica esta proteína se identificó en la secuencia del genoma de Acremonium sp. DSM 24697 y se expresó funcionalmente en Pichia pastoris. La proteína se clasificó dentro de las glicósido hidrolasas de la familia 3 (GH3) a diferencia de las diglicosidasas fúngicas conocidas, que pertenecen a las familias GH1 y GH5. Dentro de esta familia, αRβG II es el primer catalizador que actúa en modo endo y, de acuerdo al mecanismo de reacción retaining de la familia GH3, es capaz de transglicosilar. De esta forma, se sintetizaron rutinósidos de alcoholes primarios, secundarios y fenólicos. Un trabajo de ingeniería del medio de reacción fue llevado a cabo para incrementar la eficiencia de la desglicosilación de flavonoides. Para ello, la catálisis con las diglicosidasas de Acremonium sp. DSM 24697 se realizó en presencia de solventes altamente eutécticos (DES). Los mismos están compuestos por una base de nitrógeno cuaternario y un dador de hidrógeno. La enzima 6-O-α-ramnosil-β-glucosidasa I desglicosiló hesperidina en DESs compuestos por colina-glicerol y colina-etilenglicol en proporciones de hasta 40% v/v DES-Buffer. La actividad de desglicosilación aumentó significativamente cuando la reacción se realizó en un medio que contenía los componentes individuales de los DES (glicerol y etilenglicol) (40% v/v de glicerol produjo un incremento del 140% de la actividad enzimática).

El diseño avanzado de sistemas nanoparticulados permite elaborar sistemas químicos integrados donde convergen distintos componentes: metales, óxidos inorgánicos y semiconductores junto con biopolímeros, enzimas o hidratos de carbono. Compatibilizar distintos materiales en entidades funcionales dispersas abre una interesante perspectiva para el desarrollo de sistemas nanoscópicos y microscópicos destinados al tratamiento y diagnóstico de enfermedades (teranóstica), entre otras aplicaciones. El trabajo de investigación que se presenta en esta tesis incluyó en una primera parte el desarrollo de la síntesis orgánica de una molécula de la familia de las aminotricarbocianinas (Cy-PIP) cuya emisión de fluorescencia es función del pH del medio. Cy-PIP es un sensor molecular de pH con marcada sensibilidad en el rango de pH fisológico (6-8) y su propiedad distintiva es que absorbe y emite luz en la región del IR cercano del espectro electromagnético (650-950 nm, NIR). La luz de NIR conforma una “ventana biológica” apta para realizar detección no invasiva de moléculas in vivo. Luego se sintetizaron nanopartículas de SiO2 (NP) funcionalizadas para la unión posterior de Cy-PIP a la superficie. Así, se logró desarrollar un nanosensor fluorescente de pH que opera en el NIR (Cy-PIP@SiO2) y cuyo pKa es cercano al pH fisiológico. Con el objetivo de emplear estas NP en sistemas biológicos, se evaluó la respuesta de emisión de fluorescencia en células de la línea HeLa, in vitro e in vivo. Se observó que el cambio de pH que implica el proceso de endocitosis puede ser estudiado mediante la utilización del nanosensor, en las condiciones de trabajo ensayadas. En una segunda parte, se exploró la incorporación de azul de metileno (MB) a NP de sílice por diversos métodos de síntesis y se estudió su capacidad de generación de 1O2 con el objeto de establecer plataformas para fototerapia. Por otra parte, se estudió la incorporación simultánea de dos sondas fluorescentes (de visible y de NIR) en el mismo nano-objeto, para construir nanosensores autoreferenciados de pH. Todos los resultados obtenidos en este trabajo de tesis han permitido desarrollar una plataforma de síntesis reproducible de NP fluorescentes de SiO2 que pueden diseñarse de manera específica de acuerdo a la aplicación proyectada. Más aún, la plataforma resulta muy promisoria para el desarrollo de nanosensores que además lleven funciones químicas específicas para el reconocimiento por receptores celulares y/o que, ante ciertas señales del entorno logren disparar acciones específicas (p.ej. liberación controlada de moléculas como respuesta a estímulos enzimáticos o celulares).