Ramírez Jiménez, Rafael
Martínez De La Fuente, Jesús (dir.) ; Martín Rapún, Rafael (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2022
Resumen: Las nanopartículas de oro presentan propiedades ópticas notables además de alta biocompatibilidad y baja toxicidad. Todas estas propiedades hacen que estos materiales se puedan aplicar en diversas áreas de investigación: detección de moléculas, diagnóstico, imagen y tratamiento de enfermedades, entre otras.
El objetivo principal de esta tesis doctoral consiste en el diseño y la utilización de nanopartículas de oro para aplicaciones en diagnóstico y terapia. Para estas aplicaciones se tienen en cuenta dos cuestiones fundamentales. Primero, se dispone de nanopartículas de oro de diversos tamaños y formas, características que tienen un impacto en sus propiedades ópticas y en su interacción con biomoléculas y células. Segundo, la modificación superficial de la nanopartículas con biomoléculas permite adaptarlas a la aplicación concreta.
Para cumplir el objetivo de la tesis, se han diseñado amplificadores de señal basados en nanopartículas de oro para su aplicación en la cuantificación de ácidos nucleicos circulantes con un sensor de resonancia de plasmón de superficie. En esta aplicación son útiles las características de las nanopartículas de oro como su alta densidad, el plasmón localizado de superficie y la posibilidad de funcionalización múltiple con biomoléculas. No obstante, aún falta un mayor grado de entendimiento en cómo variaciones de algunas características como la forma o curvatura afectan en la aplicación final. Por ello se llevó a cabo la síntesis y caracterización de nanopartículas de oro de dos formas diferentes, nanoesferas y nanoprismas, cada una en dos tamaños, que se funcionalizaron con doxorrubicina como elemento de reconocimiento específico de ácidos nucleicos de doble hebra. De entre los candidatos estudiados las nanoesferas de menor tamaño, nanoclústeres, proporcionaron una amplificación de la señal si bien también se observó un aumento de la señal no específico. Los resultados del trabajo indican que en los materiales la doxorrubicina no queda lo suficientemente expuesta para poder reconocer eficazmente la doble hebra de ácido nucleico sobre la superficie del sensor.
Como aplicación en terapia se ha estudiado in vitro el potencial de los sistemas de doxorrubicina unidos a las nanopartículas de oro como transportadores de fármacos. Se han buscado materiales que presenten una carga alta de fármaco y que la nanopartícula de oro se dirija a la célula diana. Se ha hecho hincapié en los problemas que se han encontrado en la biocaracterización del material debido a interferencias. Asimismo, se ha evaluado la eficacia del sistema en el tratamiento mediante ensayos de viabilidad celular con dos modelos celulares, uno de ellos tumoral. El descenso de viabilidad celular es mayor para las células tumorales, aunque la actividad del sistema es baja debido a la baja carga de doxorrubicina que se puede alcanzar.
En el campo de la aplicación en terapia fototérmica, la capacidad de generar calor al ser irradiados con un láser en el infrarrojo cercano, hace que los nanoprismas de oro sean más adecuados que las nanoesferas. Sin embargo, los métodos de síntesis habituales o bien requieren de reactivos tóxicos o transcurren con bajo rendimiento y baja selectividad de forma. Esto limita la amplitud de los ensayos in vitro e in vivo que se pueden realizar con estas nanopartículas. Por esta razón, hemos desarrollado dos métodos de purificación, ambos eficaces y además uno de ellos muy sencillo de llevar a cabo, que mejoran sensiblemente los disponibles hasta la fecha. De estos dos métodos, la precipitación mediada por glutatión es el de mayor rendimiento, sencillez y escalabilidad. Los nanoprismas que se obtienen tienen menos tendencia a ser absorbidos inespecíficamente por células, lo que abre la puerta a la aplicación de estos materiales en terapia fototérmica dirigida. Además, se ha comprobado el éxito de esta estrategia con células adherentes mediante el uso de un péptido vector. Asimismo, se ha estudiado in vitro el uso de estos nanoprismas en terapia dirigida a leucocitos, células en suspensión, para el tratamiento de esclerosis múltiple. La vectorización se ha hecho mediante la funcionalización con péptidos que reconocen integrinas, proporcionados por el grupo del Prof. Lucca Gentilucci. Si bien los resultados de selectividad han sido prometedores, no ha sido posible confirmarlos por la problemática experimental con las células en suspensión para poder retirar las nanopartículas que no se han absorbido.
Como resultado, la investigación realizada durante esta tesis doctoral contribuye a obtener un mayor grado de entendimiento en la preparación y funcionalización de nanopartículas de oro para la aplicación de estos sistemas en aplicaciones de diagnóstico y terapia. Además de abrir el camino a futuras investigaciones para mejorar estos sistemas.
Resumen (otro idioma):
El objetivo principal de esta tesis doctoral consiste en el diseño y la utilización de nanopartículas de oro para aplicaciones en diagnóstico y terapia. Para estas aplicaciones se tienen en cuenta dos cuestiones fundamentales. Primero, se dispone de nanopartículas de oro de diversos tamaños y formas, características que tienen un impacto en sus propiedades ópticas y en su interacción con biomoléculas y células. Segundo, la modificación superficial de la nanopartículas con biomoléculas permite adaptarlas a la aplicación concreta.
Para cumplir el objetivo de la tesis, se han diseñado amplificadores de señal basados en nanopartículas de oro para su aplicación en la cuantificación de ácidos nucleicos circulantes con un sensor de resonancia de plasmón de superficie. En esta aplicación son útiles las características de las nanopartículas de oro como su alta densidad, el plasmón localizado de superficie y la posibilidad de funcionalización múltiple con biomoléculas. No obstante, aún falta un mayor grado de entendimiento en cómo variaciones de algunas características como la forma o curvatura afectan en la aplicación final. Por ello se llevó a cabo la síntesis y caracterización de nanopartículas de oro de dos formas diferentes, nanoesferas y nanoprismas, cada una en dos tamaños, que se funcionalizaron con doxorrubicina como elemento de reconocimiento específico de ácidos nucleicos de doble hebra. De entre los candidatos estudiados las nanoesferas de menor tamaño, nanoclústeres, proporcionaron una amplificación de la señal si bien también se observó un aumento de la señal no específico. Los resultados del trabajo indican que en los materiales la doxorrubicina no queda lo suficientemente expuesta para poder reconocer eficazmente la doble hebra de ácido nucleico sobre la superficie del sensor.
Como aplicación en terapia se ha estudiado in vitro el potencial de los sistemas de doxorrubicina unidos a las nanopartículas de oro como transportadores de fármacos. Se han buscado materiales que presenten una carga alta de fármaco y que la nanopartícula de oro se dirija a la célula diana. Se ha hecho hincapié en los problemas que se han encontrado en la biocaracterización del material debido a interferencias. Asimismo, se ha evaluado la eficacia del sistema en el tratamiento mediante ensayos de viabilidad celular con dos modelos celulares, uno de ellos tumoral. El descenso de viabilidad celular es mayor para las células tumorales, aunque la actividad del sistema es baja debido a la baja carga de doxorrubicina que se puede alcanzar.
En el campo de la aplicación en terapia fototérmica, la capacidad de generar calor al ser irradiados con un láser en el infrarrojo cercano, hace que los nanoprismas de oro sean más adecuados que las nanoesferas. Sin embargo, los métodos de síntesis habituales o bien requieren de reactivos tóxicos o transcurren con bajo rendimiento y baja selectividad de forma. Esto limita la amplitud de los ensayos in vitro e in vivo que se pueden realizar con estas nanopartículas. Por esta razón, hemos desarrollado dos métodos de purificación, ambos eficaces y además uno de ellos muy sencillo de llevar a cabo, que mejoran sensiblemente los disponibles hasta la fecha. De estos dos métodos, la precipitación mediada por glutatión es el de mayor rendimiento, sencillez y escalabilidad. Los nanoprismas que se obtienen tienen menos tendencia a ser absorbidos inespecíficamente por células, lo que abre la puerta a la aplicación de estos materiales en terapia fototérmica dirigida. Además, se ha comprobado el éxito de esta estrategia con células adherentes mediante el uso de un péptido vector. Asimismo, se ha estudiado in vitro el uso de estos nanoprismas en terapia dirigida a leucocitos, células en suspensión, para el tratamiento de esclerosis múltiple. La vectorización se ha hecho mediante la funcionalización con péptidos que reconocen integrinas, proporcionados por el grupo del Prof. Lucca Gentilucci. Si bien los resultados de selectividad han sido prometedores, no ha sido posible confirmarlos por la problemática experimental con las células en suspensión para poder retirar las nanopartículas que no se han absorbido.
Como resultado, la investigación realizada durante esta tesis doctoral contribuye a obtener un mayor grado de entendimiento en la preparación y funcionalización de nanopartículas de oro para la aplicación de estos sistemas en aplicaciones de diagnóstico y terapia. Además de abrir el camino a futuras investigaciones para mejorar estos sistemas.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: tecnologia de materiales
Titulación: Programa de Doctorado en Química Orgánica
Plan(es): Plan 494
Área de conocimiento: Ciencias
Nota: Presentado: 20 04 2022
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2022
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Registro creado el 2024-10-08, última modificación el 2024-10-08
