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El objetivo de esta tesis fue desarrollar materiales basados en circonatos de metales alcalinos, que reaccionen con dióxido de carbono a alta temperatura a través de la reacción de carbonatación, para su captura en reacciones de combustión o para la intensificación de procesos de reformado. Los sólidos se sintetizaron mediante impregnación húmeda, utilizando distintas sales precursoras de Li, Na y K y dos fuentes de circonia de distinto tamaño de partícula, y empleando temperaturas de calcinación más suaves respecto a lo reportado en bibliografía. Los sorbentes fueron caracterizados por difracción de rayos X y espectroscopia laser Raman, SEM y XPS, detectándose diferentes fases circonato y circonia. Además, pudo monitorearse el cambio de estas fases y los gases durante un ciclo de captura/regeneración por espectroscopia laser Raman operando, acoplando al instrumento Raman un espectrómetro de masas. Se evaluaron las propiedades de captura de los sorbentes basados en circonato de litio, incluyendo el análisis de la cinética de los procesos de captura y desorción. Se observó que la utilización de circonia precursora de menor tamaño de partícula, el exceso de circonia en la composición de los sorbentes y el agregado de potasio tienen un efecto positivo en las propiedades de captura. Pudo corroborarse, finalmente, que la sustitución de Li por Na aumenta la velocidad de captura, aunque en detrimento de las propiedades de regeneración y estabilidad de los materiales.

En la presente tesis doctoral se aborda la encapsulación de ácido linoleico (AL), tomado como ácido graso poliinsaturado modelo, mediante el desarrollo de nanopartículas de ovoalbúmina (OVAn) y de polisacáridos (goma arábiga -GA- y pectina de alto metoxilo -PAM-). Las OVAn se obtuvieron por calentamiento de soluciones de ovoalbúmina (OVA). Las OVAn presentaron una morfología redondeada con un diámetro hidrodinámico en un rango de 40 a 140 nm y mayor capacidad de ligar AL que la OVA nativa. También se realizó un estudio de las interacciones entre OVAn y polisacáridos (PS). Se encontró que la GA se unió en mayor proporción a las OVAn que la PAM, debido a su menor densidad de carga. A partir de estos resultados se pudieron determinar las condiciones para obtener AL encapsulado en forma de polvo a través de un secado por liofilización. Se encontró que la presencia de PS aumentó considerablemente la eficiencia y el rendimiento de encapsulación de AL. En cuanto a la estabilidad oxidativa se encontró que la presencia de PAM aumentó la estabilidad respecto del sistema sin PS, mientras que la presencia de GA disminuyó la estabilidad. La información derivada del presente trabajo contribuye a la aplicación de la nanotecnología en el sector alimentario, en particular en la obtención de ingredientes para la formulación de alimentos funcionales.

Se sintetizaron nanopartículas de CeO2 por precipitación controlada por difusión. Las condiciones que permitieron lograr tamaños nanométricos y una buena actividad en la oxidación preferencial de CO (COPrOx) fueron: etilenglicol como solvente, pH = 4 antes de la purificación, envejecimiento por 24 h y una T(calcinación) = 500 °C (para remover completamente los solventes y precursores). El método se optimizó mediante el agregado de H2O2, minimizando el tiempo de envejecimiento y maximizando el rendimiento. La mayor cantidad de restos orgánicos disminuyó la actividad. Nanopartículas mixtas de Co3O4 y CeO2 se sintetizaron por coprecipitación controlada e impregnación húmeda. En el primer método se obtuvieron bajas superficies específicas. En el segundo, los catalizadores con fracciones molares de Co = 0,5 presentaron conversiones de CO completas para T > 200 °C —independientes del CeO2 utilizado—, con una selectividad promedio hacia CO2 de 30,2 %. Se observó la formación de CH4 debido a la reducción del Co3O4. El agregado de CuO (impregnación húmeda) permitió obtener conversiones ligeramente menores, a menores temperaturas, con mayor selectividad y una menor producción de CH4. Las nanopartículas de CeO2 sintetizadas por solvotermólisis presentaron un área 60 % mayor que las anteriores. Se utilizaron de núcleo para las tipo core-shell con cobalto. La formación de CoOx no mostró dependencia con la [Co2+], ni el tiempo de síntesis. La conversión de CO fue similar, e incluso superior en algunos casos, a las muestras impregnadas (con 10 veces más cobalto) a T < 225 °C y con menor producción de CH4.

Las nanopartículas de silicio del tamaño de 1 a 5 nm nanómetros presentan fotoluminiscencia intensa debido a un mecanismo de confinamiento cuántico. Su funcionalización resulta en una menor sensibilidad de la luminiscencia a las interacciones físicas superficiales, hecho que se ha atribuido al aumento de la barrera de energía para la recombinación no radiativa de los transportadores de carga. Debido a su fotoestabilidad, pequeño tamaño, la intensa luminiscencia, el amplio espectro de excitación, la baja toxicidad, sumado a la relativa facilidad de funcionalización de su superficie con diversidad de ligandos que le otorgan afinidad con blancos biológicos específicos, las convierte en candidatos prometedores como marcadores biológicos luminiscentes y herramientas diagnósticas tempranas, como por ejemplo en cáncer. Por otro lado, la capacidad de diversos nanomateriales de generar especies reactivas del oxígeno (ROS) por excitación UV-visible y con irradiación ionizante, les confiere potencial como agentes terapéuticos en terapias fotodinámicas (PDT) y en radioterapia. El oxígeno singulete es el agente citotóxico producido en PDT y su eficiencia de producción depende fuertemente de la eficacia del fotosensibilizador, intensidad y longitud de onda de la luz, y concentración de oxígeno molecular. La PDT ha sido aplicable a tumores de piel y esófago, puesto que los cromóforos que componen los tejidos (ácidos grasos, melanina, deoxihemoglobina, etc.) absorben a las longitudes de onda en que es necesario excitar a los fotosensibilizadores. El empleo de la radiación ionizante permite llegar a sitios más profundos. Sin embargo, la producción de oxígeno singulete en este caso requiere de sensibilizadores con características especiales puesto que los mecanismos fotofísicos y fotoquímicos involucrados son muy diferentes.

Se plantea como hipótesis de esta tesis que: “las nanopartículas de silicio tienen potencial utilidad como marcadores biológicos y/o agentes terapéuticos”. Para desarrollarla, en una primera etapa se realizó la síntesis de las nanopartículas con las cuales se llevaron a cabo todos los estudios posteriores. Para este objetivo se evaluaron distintos métodos de síntesis eligiendo el más adecuado para nuestra accesibilidad de equipos y adaptándolo a nuestros requerimientos específicos. Una vez obtenidas las nanopartículas se procedió a la modificación superficial con distintos agentes químicos, determinándose su adecuado recubrimiento y distribución de tamaños. Posteriormente se procedió a la caracterización de sus propiedades fotofísicas en función de los diferentes recubrimientos superficiales y del solvente en régimen por excitación mono- y bifotónica. Se analizó la capacidad de las partículas de generar especies reactivas de oxígeno y de reducir diferentes especies químicas mediadas por la luz. Asimismo, se han planteado los mecanismos por los que se producen estos fenómenos. Paralelamente a los estudios experimentales se han realizado cálculos teóricos para obtener las configuraciones geométricas más estables en función de su multiplicidad y su recubrimiento con átomos de distintos elementos. Se calculó el espectro electrónico UV-Vis y el espectro vibracional de las partículas de tamaños y recubrimientos similares a las obtenidas experimentalmente. Se evaluó la toxicidad de las nanopartículas recubiertas con metacrilato de metilo en células C6 de glioma de rata en función de la concentración de partículas, del tiempo de incubación y de irradiación en el IR.

El desarrollo de la nanotecnología ha permitido en los últimos años un gran avance en el diseño de nanomateriales con propiedades excepcionales para aplicaciones en múltiples áreas. Las nanopartículas de ciertos óxidos de hierro, como magnetita, poseen un comportamiento superparamagnético, lo que les permite ser guiadas fácilmente mediante un campo magnético externo. El recubrimiento de estas partículas magnéticas con sílice mesoporosa las protege de la oxidación, proporciona características texturales destacadas y una química superficial versátil. Esta tesis doctoral está enfocada en el desarrollo de nanomateriales magnéticos de óxido de hierro y sílice modificada, para su potencial aplicación como nanotransportadores para la administración controlada de fármacos, por un lado, y como nanoadsorbentes de contaminantes orgánicos de medios acuosos, por el otro. Los nanomateriales magnéticos están siendo aplicados ampliamente en el desarrollo de nuevas estrategias de diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Una dificultad propia de la terapia farmacológica general es su falta de precisión hacia un sitio patológico específico, lo que puede ocasionar toxicidad, un uso excesivo de fármaco o su degradación prematura. En este trabajo se plantea la administración controlada de fármacos mediante el uso de nanopartículas magnéticas recubiertas con sílice mesoporosa funcionalizada con un copolímero termosensible. Para esto, se sintetizaron nanopartículas de magnetita recubiertas con sílice mesoporosa con estructura core-shell (MMS) y se ancló el polímero poli[N-isopropilacrilamida-co-3-(trimetoxisilil)propilmetacrilato] (PNIPAM-co-MPS) a su superficie. La unión covalente y polimerización sobre las nanopartículas se realizó con un procedimiento en un solo paso. En el nanotransportador híbrido obtenido MMS-PNIPAM-co-MPS, el copolímero fue anclado exitosamente principalmente en superficie de la sílice, dejando los mesoporos libres para poder almacenar sustancias terapéuticas. La caracterización fisicoquímica de MMS-PNIPAM-co-MPS reveló destacados valores de magnetización de saturación, área superficial específica y volumen de poro. Se evaluó la eficiencia de MMS-PNIPAM-co-MPS como sistema de administración de fármacos controlada por la temperatura, mediante ensayos de liberación in vitro usando ibuprofeno como fármaco modelo. Estos ensayos se realizaron por debajo (20 °C) y por encima (40 °C) de la temperatura de disolución crítica inferior (LCST) del copolímero. A bajas temperaturas las cadenas del copolímero se encuentran en su forma hidrofílica extendida, bloqueando los poros; mientras que al superar la LCST se contraen a su forma globular hidrofóbica, dejando los mesoporos abiertos y permitiendo la liberación del fármaco almacenado. Efectivamente, los ensayos mostraron una considerable diferencia (80 %) en la liberación de ibuprofeno entre estas dos temperaturas, y una rápida y completa liberación del fármaco a 40 °C. Estos resultados sugieren que el copolímero termosensible actúa efectivamente como “compuerta” de los mesoporos, para la liberación controlada por la temperatura del fármaco almacenado dentro de los mesoporos. Asimismo, ensayos de citotoxicidad in vitro con células HepG2, expusieron una baja toxicidad del nanotransportador híbrido. Por otro lado, la presencia de contaminantes orgánicos en aguas, como hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs) y contaminantes emergentes (CECs) como ciertos fármacos, constituyen un riesgo para los humanos y el ecosistema. Muchos de estos contaminantes orgánicos no son removidos eficientemente en las plantas de tratamiento, por lo que aún se necesitan soluciones efectivas. En este trabajo se propone la utilización de nanopartículas magnéticas recubiertas con una capa híbrida de sílice funcionalizada con grupos orgánicos como adsorbente para la eliminación de contaminantes en aguas. Con este propósito, se recubrieron nanopartículas de magnetita con una capa híbrida de sílice usando tetraetoxisilano (TEOS) como precursor de sílice y cloruro de 3-(trimetoxisilil)propiloctadecil dimetilamonio (TPODAC) como agente director de estructura. Las micelas de este surfactante permanecen confinadas de modo covalente dentro de los mesoporos de la sílice, confiriéndole carácter hidrofóbico. Este material híbrido (MMST) así preparado se modificó luego con trimetoxifenilsilano, obteniéndose un nanoadsorbente funcionalizado con grupos aromáticos (MMST-Ph). Ambos materiales se caracterizaron exhaustivamente con diversas técnicas fisicoquímicas y se realizaron experimentos de adsorción tipo batch en medios acuosos con un contaminante individual y con mezclas de contaminantes. Ambos materiales presentaron características superparamagnéticas y pudieron ser separados del medio acuoso fácilmente con un imán. MMST-Ph demostró ser más eficiente en la remoción de PAHs e hidrocarburos alifáticos. La presencia de las cadenas carbonadas y los restos de fenilo unidos a la red mesoestructurada de sílice resultó ser clave en la obtención de altas capacidades de adsorción de PAHs en medios acuosos. En el caso de CECs se testearon ibuprofeno, diclofenac y carbamazepina. Aquí, el adsorbente MMST logró mayores capacidades de adsorción, aunque MMST-Ph obtuvo elevada remoción para ibuprofeno y diclofenac. Los experimentos de regeneración y reutilización mostraron que MMST-Ph puede ser reutilizado en ocho ciclos sin pérdida de capacidad de retención de antraceno. Para el caso de MMST, se observó una caída del 42% en la capacidad de adsorción de ibuprofeno en el segundo ciclo, mientras que en los siguientes siete ciclos la capacidad de remoción se mantuvo constante. Ambos nanoadsorbentes exhibieron capacidades de remoción superiores o comparables a la bibliografía y pudieron usarse para la adsorción de contaminantes orgánicos de diversas familias.

En la presente tesis se desarrollaron, optimizaron y validaron métodos basados en electroforesis capilar y cromatografía líquida de alta resolución, para la separación y determinación simultánea de múltiples analitos contenidos en diversas matrices biológicas. El acondicionamiento de muestras y extracción de analitos desde sus matrices, se realizó mediante precipitación de proteínas y centrifugación, combinados con extracciones líquido-líquido y en fase sólida, obteniendo recuperaciones satisfactorias. Para incrementar la sensibilidad en la detección se emplearon metodologías de pre-concentración dentro del capilar. Se construyeron diseños experimentales con el objetivo de realizar las experiencias de una manera eficiente, que permita la extracción de conclusiones correctas, mejorando el valor de la investigación y disminuyendo el tiempo y el costo del proceso. Se realizó un pequeño número de experiencias, obtenidas de un diseño de superficie de respuesta, que aportaron datos suficientes para aplicar la función deseabilidad y encontrar las condiciones experimentales óptimas donde los sistemas de múltiples respuestas generan resultados deseables. Se realizó un pre-procesamiento de algunos datos provenientes del análisis electroforético para reducir la señal de fondo y corregir los tiempos de migración de los picos. Se aplicó el algoritmo Resolución Multivariada de Curvas por Cuadrados Mínimos Alternantes para resolver picos totalmente solapados y poder cuantificar a los analitos. Los métodos desarrollados presentan una sensibilidad suficientemente elevada como para que puedan aplicarse en: el monitoreo de drogas terapéuticas, la detección de la contaminación temprana de residuos de antibióticos en leche vacuna y en la detección de contaminantes emergentes en aguas destinadas para el consumo humano.

La emergencia de enfermedades infecciosas causadas por bacterias multiresistentes y la falta de antibióticos para su tratamiento constituyen una amenaza para la salud global. Ante la necesidad de desarrollo de nuevos antimicrobianos se ha considerado la posibilidad de emplear técnicas de silenciamiento génico mediado por ARNs antisentido. Una de estas estrategias de silenciamiento es la denominada tecnología EGS, que se encuentra mediada por la Ribozima P o ARNasa P, una ribozima presente en todos los dominios y que en bacterias Gram negativas está conformada por una subunidad ARN-catalítica y por otra proteica. La ARNasa P participa en la maduración de los ARN de transferencia generando el extremo 5´ maduro por un corte simple endonucleolítico de su precursor. Esta propiedad puede emplearse para mediar el corte de una molécula de ARN blanco - cuya expresión quiera ser silenciada- en presencia de un oligorribonucleótido complementario, conocido como External Guide Sequence (EGS). Una vez formado el dúplex ARN blanco : EGS, este complejo puede ser reconocido por la ARNasa P como sustrato y entonces promover el corte endonucleolítico del ARN blanco, inactivándolo. El objetivo global en el que se enmarca este trabajo de tesis consiste en evaluar estrategias de silenciamiento génico mediante tecnología antisentido como posibles antimicrobianos o para prolongar el uso de los antibióticos ya existentes. En este trabajo de tesis doctoral se exploró la posibilidad de inhibir la expresión de genes bacterianos a través del uso de tecnología EGS antisentido. Inicialmente se trabajó con cepas de Escherichia coli y como blanco se eligió al ARN mensajero del gen ftsZ cuyo producto, la proteína FtsZ es un análogo bacteriano de la tubulina y esencial para la división celular. Tanto la expresión de estos pequeños ARNs antisentido dirigidos contra el mensajero ftsZ como la administración exógena de análogos de ácidos nucleicos no hidrolizables por nucleasas bacterianas, generaron una inhibición de la división celular, originando un cambio en la morfología de las bacterias y una disminución de la viabilidad de las células tratadas. Estos resultados apoyan la idea que los EGSs dirigidos contra genes vitales bacterianos podrían considerarse como potenciales antimicrobianos. Con la intención de explorar la aplicación de esta tecnología de silenciamiento génico a una especie bacteriana de importancia clínica creciente, se logró identificar, clonar, transcribir y purificar los componentes de la ribozima P de Acinetobacter baumannii. Posteriormente, la ribozima se reconstituyó in vitro, presentando actividad tanto en presencia de un sustrato natural (pre-ARNtTyr) como de un sustrato bimolecular compuesto por una dupla ARNm-EGS. De esta manera, se generó un sistema de evaluación in vitro de EGSs candidatos para Acinetobacter baumannii, paso previo a la realización de ensayos in vivo sobre esta especie bacteriana.

La neuritis óptica (NO), una enfermedad inflamatoria y desmielinizante del nervio óptico que puede provocar ceguera irreversible, es una de las neuropatías más frecuentes en la práctica oftalmológica. Al presente, no se dispone de estrategias terapéuticas suficientemente eficaces para el tratamiento de esta enfermedad. En este trabajo de tesis, desarrollamos un nuevo modelo de NO experimental (NOE) primaria a través de la microinyección de lipopolisacárido bacteriano (LPS) en el nervio óptico, que reproduce características centrales de esta enfermedad. Las consecuencias funcionales e histológicas de la NOE inducida por LPS podrían dividirse en una fase temprana caracterizada por alteraciones funcionales, reactividad de microglía/macrófagos y transporte anterógrado alterado; seguida de una fase tardía en la que se evidenció gliosis, desmielinización, pérdida de axones y de células ganglionares retinianas. Utilizando este modelo, evaluamos el potencial terapéutico de la melatonina y de un paradigma no invasivo, la exposición a ambiente enriquecido (AE) en el tratamiento de la NOE. Por primera vez, los resultados obtenidos demuestran que ambas estrategias son capaces de prevenir y reducir la progresión del daño funcional e histológico inducido por NOE. Finalmente, se analizó la contribución de la pérdida de integridad de la barrera hemato-encefálica y se demostró que el reclutamiento de monocitos desempeña un rol clave en etapas tempranas de daño de la vía visual inducida por NOE. En suma, estos resultados aportan información novedosa para la comprensión de los mecanismos involucrados en el daño inducido por NO y sugieren que tanto la melatonina, como la exposición a AE u otras estrategias destinadas a reducir el reclutamiento de monocitos en el nervio óptico podrían constituir nuevas estrategias terapéuticas para mejorar la función visual y consecuentemente la calidad de vida de pacientes con NO.

En este Trabajo de Tesis se demostró que la hipertensión ocular inducida por inyecciones semanales intracamerales de ácido hialurónico provocó un aumento significativo en la actividad del sistema nitrérgico retiniano. La melatonina moduló los sistemas glutamatérgico, GABAérgico, nitrérgico y antioxidante endógeno retinianos en forma opuesta a la inducida por la hipertensión ocular crónica. Un tratamiento crónico con melatonina disminuyó las alteraciones funcionales e histológicas provocadas por el glaucoma experimental. Hemos desarrollado un modelo de glaucoma experimental a través de la administración semanal de condroitín sulfato (CS) en la cámara anterior del ojo de rata que reproduce características centrales del glaucoma humano. La inducción de tolerancia isquémica provocó una preservación significativa en la función retiniana y en la estructura de la retina y del nervio óptico en ojos con hipertensión ocular inducida por la administración de CS. Asimismo, hemos demostrado que la neurotomía óptica radial, que no provocó daño per se, previno y redujo los cambios inducidos por el glaucoma experimental, tanto a nivel funcional como histológico.