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Antiguamente la ciencia química fue catalogada como un campo experimental marcadamente alejado de consideraciones matemáticas. Sin embargo con la llegada de la Mecánica Cuántica los pioneros en ese campo comenzaron a darse cuenta que tenía el potencial de ser una teoría predictiva en química. En la actualidad se conoce que cuando se pretenden estudiar distintas propiedades de interés presentes en diversos sistemas fisicoquímicos, biológicos o farmacológicos, que dependen tanto de la reactividad química como de la estructura molecular, sin duda alguna deberán abordarse los métodos teóricos derivados de la Mecánica Cuántica con el fin de representar adecuadamente el fenómeno. Sin embargo esto implicaría la necesidad de tomar en consideración todas las interacciones posibles presentes en el sistema físico de partículas. Ciertamente hay ciertas propiedades físicas que pueden ser calculadas fácilmente usando la química cuántica computacional, ejemplos incluyen momentos dipolares, cargas y entalpias de formación. Sin embargo estos métodos no pueden abordar problemas fisicoquímicos más complejos y ciertamente presentan dificultades en el estudio de sistemas biológicos donde además se debe tener en cuenta la naturaleza del receptor de la molécula en estudio. Párrafo extraído del texto a modo de resumen

Como ya se mencionó a lo largo de este trabajo, la química medicinal se encarga de estudiar y aplicar todos aquellos conceptos de la química orgánica tradicional al desarrollo de sustancias que pudiesen contribuir de una u otra manera a las ciencias farmacéuticas con respecto a los efectos biológicos que las diversas sustancias químicas pudiesen tener sobre el organismo humano. Así, la química medicinal es la ciencia que impulsa la investigación y el desarrollo de nuevos compuestos químicos que sean adecuados para el uso terapéutico. Los compuestos obtenidos en este trabajo tienen en común la presencia de un anillo β-lactámico. Esta es una estructura heterocíclica de gran valor en química orgánica y medicinal, considerada además como una “estructura privilegiada", dada su ocurrencia en compuestos con un amplio rango de actividades biológicas. Mientras es bien conocida su importancia en terapias antibacterianas, tanto en forma de antibióticos como de inhibidores enzimáticos, la comercialización de compuestos β-lactámicos que inhiben la absorción de colesterol ha dado un nuevo impulso a la investigación de este tipo de estructuras. También se han encontrado estructuras β-lactámicas con actividad anticancerígena y neuroprotectora, asi como inhibidores del antígeno prostático específico, de trombina y triptasa, de la proteasa del citomegalovirus humano y de la cisteína proteasa, entre otras. En este marco, este trabajo de tesis tuvo como objetivo la síntesis por técnicas de química en fase sólida de diferentes derivados β-lactámicos con el fin de generar bibliotecas de compuestos potencialmente bioactivos. La síntesis en fase sólida es una herramienta de gran utilidad para la obtención de compuestos orgánicos con alta eficiencia y para la generación de diversidad molecular en general. El objetivo primordial es acelerar el proceso de síntesis ya que, al estar el producto final en una fase diferente al resto de los componentes, se facilita la etapa de aislamiento, que es la más laboriosa y lenta de dicho proceso. Además presenta otros beneficios adicionales como la posibilidad de trabajar con solventes de alto punto de ebullición, de eliminar de etapas de purificación y, en definitiva, de disminuir el tiempo de realización de una secuencia sintética. Adicionalmente, la separación espacial entre los sustratos unidos al polímero es una ventaja fundamental en reacciones de acoplamiento cruzado o ciclaciones intramoleculares, ya que se evitan productos de homoacoplamiento y dimerizaciones indeseadas. Presentamos aquí los resultados de dos estudios diferentes: la funcionalización de monobactamas por introducción de subestructuras α- aminoacídicas mediante reacción de Petasis y la diversificación en el núcleo penam de penicilinas mediante hibridación molecular. En el primer caso, se trata del proceso en fase sólida dirigido a la incorporación de una subunidad α-aminoacídica en la posición 3 del anillo β- lactámico. Para ello se desarrolló la síntesis de diferentes 3-amino-β-lactamas unidas a soporte sólido (24, Esquema 30). Estos compuestos fueron los sustratos utilizados para la aplicación de reacción de multicomponentes de Petasis y obtener con buenos rendimientos, una variada biblioteca de β- lactamas monocíclicas que poseen la funcionalidad aril o vinil glicina en posición 3 (26), Los compuestos sintetizados están siendo evaluados contra distintos objetivos biológicos (actividad antibacteriana, antifúngica, antiparasitaria, etc). La segunda parte del trabajo estuvo dirigido a la aplicación de los principios de la hibridación molecular mediante conjugación de una penicilina y una porción peptídica, a través de un grupo triazol, dando origen a una biblioteca de compuestos híbridos (Figura 20) que presentan varios puntos de diversidad. Para la síntesis de esta biblioteca se tomaron diferentes aminoácidos o dipéptidos unidos a resina de Wang (37 o 39, Esquema 31) que, luego de eliminar el protector del grupo amino, se acoplaron con el ácido propargílico para obtener los N-propiolilaminoácidos(péptidos) inmovilizados (41). Por otro lado se sintetizó la azidometilpenicilina 35 en tres pasos tomando como material de partida el ácido 6,6-dibromopenicilánico. Finalmente la conjugación entre las dos porciones se llevó a cabo mediante la cicloadición 1,3-dipolar catalizada por cobre. Esta reacción demostró ser muy versátil y totalmente regioselectiva. Además, en la mayoría de los casos, los triazoles se obtuvieron con buenos rendimientos totales para los pasos de reacción involucrados. Los resultados preliminares de actividad anticancerígena de estos compuestos demostraron su potencial importancia biológica.

Las alergias son la más comunes de las enfermedades inmuno lógicas. Distintos mecanismos pueden estar involucrados en su patogenia, aunque los dependientes de la IgE son los que se observan con mayor frecuencia. Con respecto a la etiopatogenia de la alergia se han identificado tanto factores genéticos como ambientales. La incidencia de las enfermedades alérgicas se encuentra en aumento, principalmente en países desarrollados. La forma de evitarlas sería actuando sobre los factores ambientales en los grupos de riesgo juntamente con la realización de un diagnóstico preciso y la instauración de un correcto tratamiento. El diagnóstico de la patología se basa en la determinación de la IgE específica mediante la aplicación de pruebas in vivo e in vitro. Actualmente los tratamientos aplicados son principalmente farmacológicos, aunque a nivel experimental los avances han sido muy importantes. Hemos decidido estudiar la respuesta inmune de humanos frente a dos alérgenos diferentes: proteínas de la leche bovina (sistema proteico animal) y proteínas del látex natural (sistema proteico vegetal). La alergia alimentaria desencadenada por proteínas de leche de vaca es una patología muy importante en nuestro medio debido a los hábitos dietarios de la población. Afecta principalmente a los niños desde el nacimiento hasta la primera infancia ya que su alimentación se basa casi exclusivamente en la ingestión de leche bovina. En estos casos un correcto y precoz diagnóstico es fundamental, ya que entre los factores predisponentes se destaca la sensibilización por exposición temprana. Por lo tanto, reemplazando las proteínas de leche de vaca por alimentos que no generen problemas de intolerancia alimentaria se pueden revertir los trastornos originados. El principal inconveniente reside en la caracterización antigénica y alergénica de los sustitutos lácteos empleados. Además se debe tener en consideración que las proteínas de la leche son frecuentemente encontradas como suplementos, adulterantes o contaminantes de otros alimentos. Con respecto a la alergia a proteínas del látex esta enfermedad se ha transformado en un problema muy serio en las últimas décadas. La gran expansión producida en infecciones tales como HIV y hepatitis produjo un incremento en el uso de productos manufacturados a partir de látex. Este factor introdujo grandes cambios en la industria del caucho y en la exposición a proteínas del látex por parte de la población general, y especialmente la relacionada con la Salud. A partir del análisis de los factores predisponentes se han detectado diferentes grupos de riesgo en los cuales la prevalencia se encuentra marcadamente incrementada. El principal problema lo constituye la alta frecuencia con que se presentan las reacciones alérgicas y, en muchos casos, la severidad de las mismas. Este alérgeno presenta una distribución muy amplia en el medio que nos rodea, lo cual constituye un serio inconveniente para los individuos sensibilizados. Dado que el tratamiento más efectivo consiste en eliminar el contacto con los alérgenos, es importante conocer qué productos contienen proteínas provenientes del látex. Objetivos generales: • Preparación de extractos proteicos y caracterización de su composición proteica, antigénica y alergénica. • Desarrollo de métodos diagnósticos de detección de IgE específica sérica. • Estudio de la respuesta inmune humoral en pacientes alérgicos. • Caracterización de la antigenicidad y alergenicidad de los sustitutos empleados en el tratamiento.

Se desarrolló, perfeccionó y evaluó la factibilidad de aplicación práctica de un vector de transformación genética vegetal que permite la coexpresión de varias proteínas bajo el control de un promotor común. El sistema desarrollado basado en la proteasa NIa derivada del TEV fue capaz de procesar poliproteínas quiméricas y producir la acumulación de varias proteínas a partir de una única unidad transcripcional in vivo. Se expresaron diferentes combinaciones de proteínas (indicadoras, como GFP y GUS, cápsides de PVX, PVY y PLRV, así como proteínas de defensa antifúngica) in vivo e in vitro. El nivel de acumulación de cada proteína no dependió de la posición del ORF en la poliproteína. A pesar de lo expuesto el nivel de acumulación total de una proteína expresada a través de la poliproteína puede ser influenciada por propiedades intrínsecas de las mismas. Mediante microscopía electrónica se demostró que la cápside de PVY expresada a través de la poliproteína no sólo se procesa correctamente sino que el producto del procesamiento es capaz de formar partículas parecidas a virus (cápsides vacías). Cuando se agregó la señal de exportación al RE del gen de la patatina a poliproteínas conteniendo GUS y GFP, éstas fueron dirigidas al RE en protoplastos de tabaco de la línea BY-2. Las plantas transgénicas de papa expresando estas poliproteínas mostraron menor actividad GUS que las plantas control expresando la misma poliproteína pero sin señal de exportación. Este menor nivel de actividad podría ser atribuido a que la proteína GUS resulta glicosilada en el RE. Estos resultados sugieren que la poliproteína es dirigida al RE y luego en el lumen procesada para liberar las proteínas individuales. Se obtuvieron plantas de papa transgénica expresando poliproteínas conteniendo cuatro genes antifúngicos, codificantes para una quitinasa, una glucanasa, AP24 y RIP. Se obtuvieron plantas altamente resistentes a el ataque de R. solani, demostrando el correcto procesamiento de la poliproteína y el sinergismo de las proteínas antifúngicas expresadas para producir resistencia. Se encontró una asociación entre el espacio subcelular de acumulación de las proteínas glucanasa y AP24 (vacuolar versus apoplásmico) con el nivel de resistencia contra Rhizoctonia.

Se construyeron biosensores enzimáticos cableados basados en la inmovilización de una oxidasa (glucosa oxidasa, lactato oxidasa ó peroxidasa) en un hidrogel redox formado por el entrecruzamiento de la enzima, polialilamina conteniendo un cornplejo de osmio (PAAOs) y polietilediglicidiléter (PEG) como entrecruzante, sobre electrodos de carbón vítreo y de oro. Se estudió el rango de linealidad y la reproducibilidad de estos electrodos al ser utilizados como detectores en un sistema FIA. Utilizando electrodos basados en glucosa oxidasa se estudió el efecto de distintas proporciones de entrecruzante (PEG); utilizando técnicas de voltametrías cíclicas se estudió el efecto del cambio de fuerza iónica en el medio. La leche afecta de manera irreversible a estos electrodos monoezimáticos. Se diseñaron distintos tipos de biosensores bienzimáticos bicapa, en los que peroxidasa entrecruzada con PAAOs se encuentra en la capa mas cercana al electrodo, y lactato oxidasa en la capa más externa. Se estudió el efecto de la leche sobre ambas capas enzimáticas, demostrandose que esta configuración es más apropiada para la determinación de la concentración de L-lactato en muestras Iácteas. Se ha descripto un método rápido para determinar la capacidad fermentativa de distintas especies de Lactobacillus. Este método permite cuantificar esta capacidad, proporcionando una información mas completa del metabolismo de los hidratos de carbono; posibilita el estudio de cepas mutantes suministrando inforrnación más completa acerca de las posibles modificaciones en el metabolismo de los fuentes de carbono utilizadas.

El lupus eritematoso sistémico es una enfermedad autoinmune de etiología desconocida. El rasgo principal de esta enfermedad es la presencia de anticuerpos dirigidos contra componentes nucleares, como histonas y ADN doble cadena. En los últimos años, se ha demostrado que varios complejos proteína: ADN pueden inducir una respuesta autoimmune contra ADN en ratones normales, no-predispuestos a desarrollar autoinmunidad. En este trabajo de tesis se describe el desarrollo de un modelo de inmunización con un complejo proteína: ADN molecularmente definido y la caracterización de la respuesta inmune generada contra él en animales normales. En particular, se utilizó el complejo formado por el dominio C-terminal del factor de transcripción E2 del papilomavirus humano y un olígonucleótido doble cadena de 18 pb comprendiendo uno de sus sitios de reconocimiento específico dentro del genoma viral. El análisis de la respuesta inmune humoral de ratones inmunizados con la proteína E2 libre o unida a ADN indica que ésta es una proteína altamente inmunogénica. La inmunización con E2 libre emulsionada en un adyuvante de composición aceite-en-agua resulta en una respuesta policlonal dirigida hacia el reconocimiento de epitopes discontinuos, sugiriendo que la naturaleza acuosa del adyuvante es el responsable de mantener a la proteína en su conformación nativa. El estudio de la respuesta policlonal contra ADN desarrollada en los ratones inmunizados con este complejo proteína: ADN señala que el olígonucleótido específico puede adquirir potencial inmunogénico sólo cuando el complejo es incubado a altas concentraciones por un largo período de tiempo. En estos casos, los ratones inmunizados desarrollaron altos títulos de IgG anti-oligonucleótido durante una respuesta T-dependiente clásica. Además, la inmunización con la proteína E2, ya sea libre o unida a su secuencia de reconocimiento, resultó en una respuesta autoinmune contra ADN nativo doble cadena. Estos resultados son congruentes con la hipótesis de que proteínas virales con capacidad de unir ADN tendrían el potencial necesario para iniciar el desarrollo de la enfermedad autoimmune lupus eritematoso sistémico. A partir de uno de los animales inmunizados con el complejo E2: ADN han sido obtenidos y caracterizados seis anticuerpos monoclonales dirigidos contra la proteína viral y dos anticuerpos contra el olígonucleótido específico. En coincidencia con el patrón de reactividades observado en la respuesta políclonal, la mayoría de los hibridomas anti-E2 reconocen epitopes discontinuos en la proteína. Los estudios de mapeo epitópico-funcional realizados sobre estos anticuerpos monoclonales revelan que se han obtenido dos grandes poblaciones de anticuerpos: una formada por anticuerpos capaces de formar un complejo temario estable con E2 y el oligonucleótido, y otra población formada por anticuerpos que reconocen un epitope, parcial o totalmente, superpuesto con la superficie de unión a ADN en el factor de transcripción, interfiriendo en su interacción con ADN. Estudios detallados de la interacciones anti-ADN: ADN muestran que los dos anticuerpos monoclonales anti-ADN generados reaccionan contra el oligonucleótido utilizado como inmunógeno con afinidades comparables a las del factor de transcripción E2. Por el contrario, estos anticuerpos unen con muy baja afinidad moléculas de ADN no-relacionadas doble cadena del mismo largo. Más aún, ambos anticuerpos unen al oligonucleótido libre y acomplejado a E2 con afinidades muy similares, formando un complejo temario estable. La estructura de las regiones variables y el patrón de mutaciones de la secuencia de estos anticuerpos indica que éstas son muy similares a las encontradas en anticuerpos anti-ADN generados en modelos murinos de lupus. En conjunto, todos estos resultados sugieren fuertemente que estos anticuerpos monoclonales anti-ADN son el producto de una respuesta inmune dirigida por el antígeno, en el cual el complejo E2: ADN actuó como una nueva entidad inmunogénica.

Este trabajo de Tesis Doctoral se enmarca en las líneas de investigación que desarrolla actualmente el grupo de investigación CAE (Conversión y Almacenamiento de Energía) del INIFTA (Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas) de la Universidad Nacional de La Plata. Los trabajos realizados han contribuido al desarrollo de los proyectos “Sistemas de Almacenamiento de Energía por Hidrógeno y Electrocatálisis” (PICTR/N 656), “Caracterización de nuevos materiales de electrodo para su empleo en dispositivos electroquímicos” (Proyecto Incentivos de la UTN/FR La Plata, 25/I040) y “Materiales metálicos y nanoestructurados para almacenamiento de hidrógeno en forma de hidruros” (PAE-PICT-2007-02164 ); el primero ya finalizado y los restantes actualmente en desarrollo. El objetivo principal de esta Tesis es contribuir al conocimiento de materiales aplicables a dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía, tanto desde un punto de vista básico, comprendiendo el comportamiento de los materiales empleados, como de aplicación, intentando desarrollar métodos sencillos y efectivos de preparación de electrodos y probando su uso en prototipos de baterías.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2020.

Enfermedades tales como osteoporosis, osteonecrosis, osteogénesis imperfecta y tumores óseos se caracterizan por pérdida de masa ósea con deterioro de la microarquitectura lo que se asocia con riesgo de fractura en la población general. Las terapias convencionales para la reparación de lesiones óseas incluyen la reconstrucción quirúrgica, el trasplante, y el reemplazo por prótesis artificiales. En la actualidad el tratamiento de dichas enfermedades es un área de gran interés, a tal punto que la ingeniería de tejidos, ciencia que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida para desarrollar sustitutos biológicos que reparen o mejoren la función biológica de un tejido u órgano, se ha convertido en una terapia alternativa para tratar la pérdida de hueso por medio de la utilización de productos biomédicos obtenidos a partir de biomateriales con aplicaciones en reparación de tejidos dañados. La búsqueda de nuevos materiales que puedan ser empleados en el campo de la ingeniería de tejidos ha permitido que en los últimos años surja un especial interés en la investigación de las sustancias poliméricas, fundamentalmente de origen natural. Los biopolímeros han presentado un papel primordial en el desarrollo de nuevos materiales por no presentar limitaciones en cuanto a biocompatibilidad, biodegradabilidad y toxicidad, además de ser naturalmente abundantes y renovables. El enfoque de la ingeniería tisular se basa en el uso de tres elementos fundamentales: las células, las biomoléculas y las matrices tridimensionales (scaffolds). En este sentido, los scaffolds poliméricos desempeñan un papel muy importante, y para ello deben cumplir una serie de requisitos con el fin de favorecer la integración y vascularización del tejido, deben ser biocompatibles, biodegradables, tener adecuadas propiedades mecánicas y una superficie química apropiada que favorezca la adhesion, proliferación y diferenciación celular.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2016