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Gvirtz, Silvina

Los cristales líquidos columnares (CLC) resultan atractivos por la posibilidad de aprovechar su organización supramolecular para transportar carga o energía en dispositivos moleculares. La organización en fases CLC puede explicarse en forma simplificada a partir de la competencia entre interacciones ordenadoras entre los cores moleculares y la tendencia al desorden de las cadenas alifáticas periféricas. Sin embargo, esta descripción resulta insuficiente para explicar ciertos aspectos estructurales como, por ejemplo, el rol que juega la naturaleza de los conectores, o aún de las mismas cadenas, en la determinación de tales estructuras. Para avanzar en la comprensión de dicha influencia, trabajamos en dos direcciones. Por un lado, comenzamos a explorar sistemas basados en interacciones de puente halógeno (XB). Hasta el momento no se han reportado mesógenos discóticos basados en esta interacción, por lo que realizamos diversos ensayos de cocristalización, empleando grupos centrales prodiscóticos que fueran potenciales donores múltiples de XB, y aceptores monodentados que pudieran eventualmente incorporar cadenas alifáticas. Estudiamos los sólidos obtenidos y, en los casos en que obtuvimos cristales, resolvimos y analizamos sus estructuras. A partir de la necesidad de usar tanto donores como aceptores fuertes, y de la dificultad encontrada para lograr la policoordinación, planteamos posibles nuevos enfoques con los que avanzar a futuro. Por otro lado, nos enfocamos en sistemas columnares basados en carboxilatos bimetálicos que forman polímeros de coordinación. En este caso, analizamos cómo afecta a las propiedades CL la incorporación de grupos funcionales o bloques moleculares que puedan proveer interacciones adicionales entre las unidades binucleares. Así, sintetizamos, caracterizamos y estudiamos las propiedades CL de complejos de Ru y/o Rh de: alcoxibenzoatos con dodecilsulfato como ligando axial; benzoatos con cadenas oxietilénicas en lugar de alquílicas; alcanoiloxibenzoatos; derivados de ácidos biliares; alcoxihalobenzoatos. Los resultados hallados fueron diversos: algunos de los compuestos presentaron fases ColH termotrópicas, transiciones a fases cúbicas y/o liotropismo, mientras que en otros casos no presentaron ningún tipo de comportamiento mesomórfico. Analizamos en todos los casos la influencia de los grupos funcionales incorporados sobre estas propiedades CL y, cuando la información estructural obtenida lo permitió, propusimos modelos de organización supramolecular.

En la actualidad existe un consenso sobre la necesidad de alcanzar una agricultura sustentable. La crisis ambiental y socio-económica de la agricultura industrializada ha llevado al surgimiento de la Agroecología como enfoque teórico y metodológico que pretende alcanzar la sustentabilidad agraria desde las perspectivas ecológica, social y económica. La Agroecología ofrece las bases científicas y metodológicas para las estrategias de transición hacia la construcción de un nuevo paradigma de desarrollo y una agricultura sustentable. La agricultura moderna generó la simplificación de los sistemas productivos y del paisaje agrario pampeano. Las nuevas tecnologías, principalmente basadas en el elevado uso de insumos, y una rentabilidad positiva en el corto plazo, determinaron un reemplazo de las producciones tradicionales como girasol, maíz, lino, lechería, producción ganadera, por el nuevo cultivo. Esto originó un cambio en el modelo productivo ganadero, dado que las tierras de aptitud agrícola fueron utilizadas para la siembra de cultivos anuales en sistemas altamente simplificados, de base puramente agrícola, mientras que los sistemas de producción ganadera fueron confinados a pequeñas superficies (engorde a corral o “feed lot”) o desplazados a regiones extrapampeanas. La producción ganadera pastoril, a campo, asociada a la producción agrícola, posibilita indirectamente la provisión de servicios ecológicos que desaparecerían si la producción de carne se hiciese a corral y los sistemas productivos se convirtieran en puramente agrícolas. Dado que los modelos de producción agrícola y ganadera muestran una clara tendencia a dividirse en el espacio, aún sin resentir la capacidad productiva, la pérdida de los servicios ecológicos que ello implica queda enmascarada. En la región pampeana, el 60% de los productores son familiares. A lo largo del proceso de agriculturización muchos productores familiares se mantuvieron en la actividad desplegando diferentes estrategias de persistencia, adoptando el paquete tecnológico incompleto con una menor utilización de insumos. Estos productores que “resisten” son, en su mayoría, mixtos familiares (agricultura y ganadería pastoril). En los sistemas mixtos la presencia del componente ganadero favorece una mayor diversidad vegetal cultivada y asociada, lo cuál permite una menor concentración de un único recurso alimenticio para las plagas y la presencia de ambientes que funcionan como reservorio de enemigos naturales. Esto podría constituir un potencial para robustecer los mecanismos que favorecen la regulación biótica (“potencial de regulación biótica”), lo cual es importante para reducir el uso de energía a través de los insumos en el remplazo de dicho proceso. Los objetivos generales fueron 1) comparar la agrobiodiversidad y el potencial de regulación biótica de sistemas mixtos de tipo familiar con sistemas agrícolas puros de tipo empresarial de la región pampeana, 2) comparar la eficiencia energética total y el consumo de energía por rubros de sistemas mixtos de tipo familiar con sistemas agrícolas puros y ganaderos (engorde a corral puro) de tipo empresarial de la región pampeana, y 3) analizar estos resultados relacionándolos con la dimensión cultural de la agrobiodiversidad. El área de estudio fue el sudeste bonaerense. Se trabajó con 3 tipos de sistemas productivos, estudiando 3 casos agrícolas empresariales, 4 casos mixtos familiares (agricultura y ganadería pastoril) y 1 caso de engorde a corral empresarial. A través de entrevistas semi-estructuradas a los productores o encargados del manejo, se indagó acerca del funcionamiento del sistema y las estrategias de manejo. Se calculó la eficiencia energética y se evaluó la agrobiodiversidad funcional estimando el potencial de regulación biótica. Para la obtención de la eficiencia energética se calcularon los ingresos y egresos de energía para todos los cultivos desarrollados en cada uno de las parcelas del sistema durante el período considerado. Luego se sumaron todas las entradas y salidas al sistema, y se calculó la eficiencia energética (relación entre las salidas y las entradas) por hectárea y por año. Para estimar el potencial de regulación biótica del sistema, se trabajó en la construcción de un índice de potencial de regulación biótica (Índice PRB), compuesto por un conjunto de indicadores, tomando como base la metodología de indicadores de sustentabilidad. Con este índice se estimó indirectamente el potencial de un sistema productivo para la regulación de adversidades bióticas, a través de la evaluación de distintos parámetros de la agrobiodiversidad presente en el mismo. Finalmente se analizaron cualitativamente los resultados, relacionando la energía invertida en el proceso de regulación biótica con el índice PRB. Los resultados de esta tesis mostraron, tal como se esperaba, que los sistemas mixtos familiares tienen mejores valores de agrobiodiversidad funcional, que los sistemas agrícolas empresariales. El índice PRB, mostró que los sistemas mixtos familiares superan ampliamente a los sistemas agrícolas empresariales (0,7 vs. 0,4), sugiriendo que los sistemas mixtos familiares tienen un “potencial de regulación biótica” superior. Los valores de los indicadores de agrobiodiversidad que componen el índice PRB fueron mejores en los sistemas mixtos familiares, destacándose como puntos muy favorables la diversidad cultivada, rotación de cultivos, cobertura intra parcela, relación perímetro área, uso de policultivos, estrategia de manejo de malezas, presencia de parches forestales y presencia de pastizal natural. Las características propias de estos sistemas hacen que destaquen estos puntos, ya que son favorecidos por la necesidad de generar una oferta forrajera. En relación al uso de la energía, los resultados mostraron que los sistemas mixtos familiares tuvieron valores de eficiencia energética similares a los sistemas agrícolas empresariales (9,3 vs. 9,6), mientras que el engorde a corral empresarial tuvo un valor mucho menor (0,3). En los sistemas de producción de carne, debido que se trata de un nivel trófico superior, la obtención de proteína animal demanda mucha más cantidad de energía que la de origen vegetal, por lo que con igual cantidad de energía se obtiene menos producto. En ese sentido, aunque los sistemas mixtos familiares y agrícolas empresariales tengan valores similares de eficiencia energética, los sistemas mixtos familiares están generando producción primaria y secundaria con iguales valores de eficiencia energética que los sistemas agrícolas empresariales que solamente producen granos (primer eslabón en la cadena trófica), por lo que puede considerarse que los valores de eficiencia energética obtenidos para los sistemas mixtos familiares son superiores. Esto permite confirmar la hipótesis de que los sistemas mixtos familiares son más eficientes en el uso de la energía que los sistemas agrícolas empresariales. También se confirma para el caso de los sistemas de engorde a corral empresarial, ya que la eficiencia energética demostró ser marcadamente inferior a la del resto de los sistemas estudiados. Las entradas de energía en los sistemas mixtos familiares fueron menos de la mitad del valor de las entradas en los sistemas agrícolas empresariales (4.540,5 vs. 10.437,2 MJ/ha/año), lo que demuestra que los sistemas mixtos familiares consumen menos energía que los sistemas agrícolas empresariales. Estos resultados son favorables si el objetivo es disminuir el consumo energético de la producción de alimentos. Los sistemas mixtos familiares gastaron en el proceso de regulación biótica 2,5 veces menos energía que los sistemas agrícolas empresariales, lo cual podría estar asociado a los valores de agrobiodiversidad presentes en el agroecosistema. En los sistemas mixtos familiares un mayor índice PRB se relacionó con un menor consumo de energía en el proceso de regulación biótica, sugiriendo que existe un potencial de regulación biótica que esta siendo aprovechado por los productores, aunque de manera indirecta. En estos sistemas las lógicas productivas o las decisiones de los productores determinan, por un lado, la existencia del potencial de regulación biótica y, por el otro, el aprovechamiento de ese potencial. A diferencia de la agricultura moderna, en donde las técnicas se uniformaron y se produce casi estandarizadamente, los sistemas mixtos familiares requieren una planificación de mediano o largo plazo, integrando el sistema, poniendo en juego saberes previos y utilizando técnicas mas variadas y flexibles, que se modifican de acuerdo a las coyunturas internas y externas del agroecosistema. los productores deben pensar de manera diferente que en un sistema agrícola, ya que se trata de sistemas complejos en los que la producción ganadera incorpora más variabilidad. Además, el diseño del sistema y las decisiones tecnológico-productivas están dados no solo por la lógica derivada de la producción ganadera, sino también por la condición de productor familiar. El establecimiento, además de ser la principal fuente de ingresos, es un símbolo familiar. El mantenimiento y resguardo de ese patrimonio familiar (material y simbólico) es el objetivo central de la dinámica del sistema productivo. Estas características contribuirían a la presencia de un potencial de regulación biótica en estos sistemas. Los resultados encontrados reafirman la importancia de conservar los sistemas productivos mixtos familiares. En estos sistemas la agrobiodiversidad y el potencial de regulación biótica fueron mayores que en los sistemas agrícolas empresariales, mientras que el consumo de energía en el proceso de regulación biótica fue menor. Las lógicas y decisiones productivas de los sistemas mixtos familiares favorecieron la presencia y aprovechamiento del potencial de regulación biótica para la disminución del uso de insumos. Por lo tanto, los sistemas mixtos familiares pueden contribuir al rediseño de los sistemas extensivos mediante la demostración de formas empíricas de hacer frente a la complejidad y la diversidad agroecológica.

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 presente trabajo de Tesis Doctoral, se centró en el desarrollo de nuevas Plataformas de Liberación de Fármacos (PLFs) basadas en nanotecnología como estrategia de optimización de la farmacoterapia relacionada a patologías oculares neovasculares. El trabajo comprendió, la obtención de nanocápsulas lipídicas para la vehiculización de acetónido de triamcinolona y bevacizumab, abordando la terapia convencional para el tratamiento de estas patologías. Además, se estudió el efecto de doxiciclina clorhidrato sobre la angiogénesis como terapia alternativa. En cuanto al desarrollo tecnológico, por un lado, se obtuvieron nanocápsulas lipídicas cargadas con acetónido de triamcinolona (NCLs-TA) mediante el método de inversión de fases, luego de un estudio acabado sobre la composición, incorporación del fármaco y estabilidad de la formulación. Las NCLs-TA mostraron un tamaño medio de partícula (TMP) menor a 50 nm, una distribución estrecha de tamaño y un potencial zeta (PZ) levemente negativo. Además, las NCLs-TA no resultaron citotóxicas en Células Epiteliales de Córnea Humana y, mostraron una reducción de la secreción de interleuquina (IL)-6 en un modelo de eficacia terapéutica in-vitro, a partir del cual se puede inferir la efectividad de su efecto antiinflamatorio. Por otro lado, se obtuvieron nanocápsulas lipídicas cargadas con bevacizumab (NCLs-BVZ) a partir de 1,5 mg; 2,5 mg y 3,0 mg inicales de anticuerpo, mediante el método de post-inserción. Las formulaciones mostraron un TMP entre 123 y 314 nm, un índice de polidispersidad entre 0,23 y 0,39; un PZ entre -28 y -14 mV, y una capacidad de carga de anticuerpo entre 1,30 y 2,94 mg. Las NCLs-BVZ demostraron la capacidad de bevacizumab de unión a su antígeno (Factor de Crecimiento de Endotelio Vascular) in-vitro y, una reducción de la formación de túbulos en un estudio de angiogénesis in-vitro, a partir del cual se puede inferir su efecto antiangiogénico. Por último, en el estudio de prueba de concepto del efecto antiangiogénico de doxiciclina clorhidrato, se demostró que este fármaco reduce la secreción de metaloproteinasas de matriz tanto en estudios in-vitro como en homogenatos de retina provenientes de estudios in-vivo y, además, demostró la reducción de formación de túbulos en un estudio de angiogénesis in-vitro. En este trabajo, tanto la mejora de la terapia convencional de enfermedades oculares neovasculares como la exploración de nuevas terapias alternativas se abordaron con éxito. En este sentido, ambas formulaciones de nanocápsulas lipídicas como el nuevo fármaco alternativo ensayado pueden ser una estrategia interesante para mejorar la efectividad y la seguridad de los tratatmientos de las enfermedades oculares neovasculares.

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).

Esta tesis es un estudio experimental y teórico sobre sistemas ópticos que presentan excitabilidad. La excitabilidad es un concepto que proviene de la biología, en particular de neurociencia, y se refiere a la propiedad de ciertos sistemas de generar pulsos sólo cuando una perturbación externa supera un dado umbral. Cuando un sistema excitable se encuentra en presencia de ruido, las fluctuaciones estocásticas pueden llevarlo por encima del umbral y así provocar una dinámica de pulsación. Nuestro trabajo se basa en la generación de herramientas para poder validar o refutar escenarios de excitabilidad y ruido en sistemas ópticos donde se conjetura la existencia de excitabilidad. Los sistemas estudiados son tres: un láser de semiconductor con retroacción óptica, dos tales sistemas acoplados simétricamente mediante mutua inyección de luz, y un láser de estado sólido con absorbente saturable. El procedimiento propuesto para validar o refutar escenarios de excitabilidad se basa en la modelización con sistemas dinámicos sencillos, junto con la construcción de observables adecuados con el objeto de comparar las medidas experimentales con los resultados teóricos. De esta manera pudimos demostrar que la dinámica de un laser de semiconductor con retroacción óptica de moderada a fuerte puede interpretarse con un paradigma de esqueleto determinista en dos dimensiones (con propiedades excitables) más ruido. Por su parte, la dinámica de las celdas acopladas en el régimen de alta disipación pudo explicarse a partir de un 2-toro en presencia de ruido, lo que permite interpretar dos láseres con retroacción acoplados ópticamente como dos sistemas excitables acoplados. Por último, mostramos por primera vez excitabilidad en un láser de estado sólido con absorbente saturable. Dicho sistema no es influenciado significativamente por ruido, con lo que pueden aplicarse técnicas convencionales de estimulación externa para evaluar excitabilidad.

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

Trabajo Integrador Final para obtener el título de Especialista en Agroecologia, presentado en la Universidad Nacional de La Matanza en febrero de 2018.

Tesis (Doctor en Astronomía)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2009.