Carbohidratos para la construcción de nanotransportadores con propiedades furtivas y/o vectorizados: síntesis y aplicaciones
- Autores: Giovanna Cutrone
- Directores de la Tesis: Antonio Vargas Berengel (dir. tes.), Juan Manuel Casas Solvas (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Lopez-Ortiz (presid.), Noureddine Khiar el Wahabi (secret.), Konstantina Yannakopoulou (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad de Almería
- Materias:
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- Resumen
La presente Tesis Doctoral está escrita en la modalidad de compendio de tres publicaciones en revistas científicas internacionales de alto impacto. La tesis está dividida en tres capitulos.
El Capítulo I (Chapter I) contiene una publicación:
Publicación 1 (Publication 1): G. Cutrone, G. Benkovics, M. Malanga, J. M. Casas-Solvas, É. Fenyvesi, S. Sortino, L. García-Fuentes, A. Vargas-Berenguel, Mannoside and 1,2-mannobioside β-cyclodextrin-scaffolded NO-photodonors for targeting antibiotic resistant bacteria, Carbohydr. Polym., 2018, 199, 649–660.
El Capítulo II (Chapter II), por su parte, engloba dos publicaciones:
Publicación 2 (Publication 2): G. Cutrone, J. Qiu, M. Menendez-Miranda, J. M. Casas-Solvas, A. Aykaç, X. Li, D. Foulkes, B. Moreira-Alvarez, J. R. Encinar, C. Ladavière, D. Desmaële, A. Vargas-Berenguel, R. Gref, Comb-like dextran copolymers: A versatile strategy to coat highly porous MOF nanoparticles with a PEG shell, Carbohydr. Polym. 2019, 223, 115085.
Publicación 3 (Publication 3): G. Cutrone, X. Li, J. M. Casas-Solvas, M. Menendez-Miranda, J. Qiu, G. Benkovics, D. Constantin, M. Malanga, B. Moreira-Alvarez, J. M. Costa-Fernandez, L. García-Fuentes, R. Gref, A. Vargas-Berenguel, Design of engineered cyclodextrin derivatives for spontaneous coating of highly porous metal-organic framework nanoparticles in aqueous media, Nanomaterials, 2019, 9, 1103.
Los Capitulos I y II constan de tres secciones cada uno:
I. Introducción general que incluye una descripción de las líneas generales del tema que será estudiado en las publicaciones.
II. Hipótesis y objetivos perseguidos dentro del contexto descrito en la sección anterior.
III. La publicación original y el correspondiente supporting information, así como los datos de calidad relativos al artículo proporcionados por el Journal Citation Reports.
El Capítulo I trata sobre la preparación de dos derivados de β-ciclodextrina (β-CD) que disponen simultáneamente de la especie 3-(trifluoromethyl)-4-nitrobenzenamine, fotodonante de radicales NO (NOPD), así como de una unidad de manosa o de α(1→2)manobiosido en la cara primaria. Las síntesis se llevaron a cabo aplicando la reacción de cicloadición de Huisgen [3+2] catalizada por cobre (I) entre un grupo azido y un alquino terminal (CuAACs). Los conjugados resultantes son fotosensibles y generan la especie radicalaria por irradiación con luz visible. La formación del radical se ha detectado con un electrodo de NO ultrasensible para su monitorización directa y en tiempo real. Ambos conjugados sufren un proceso de agregación supramolecular en disolución acuosa formando preferentemente estructuras homodimericas cabeza-cabeza, de acuerdo con lo sugerido por los experimentos de RMN bidimensionales ROESY y de difusión PGSE. Este fenómeno no sólo mejora la eficiencia de liberación de NO sino que también permite la disposición multivalente de las unidades de manosido o α(1→2)mannobiosido unidas al macrociclo. Como consecuencia, las medidas de calorimetría isotérmica de valoración (ITC) demuestran que se incrementa la capacidad de estos derivados para interaccionar con la proteina Concanavalina A (ConA), como modelo de lectina específica para la manosa. Así, ambos conjugados presentan constantes de afinidad mayores con respecto a los derivados análogos carentes de unidades de NOPD. Notablemente, el disacárido α(1→2)mannobiosido da lugar a una interaction con la ConA dos veces mayor que la producida por la unidad de manosa. Las síntesis de los derivados de β-CD se llevaron a cabo tanto en la Universidad de Almería como en la empresa CycloLab R&D Ltd. en Budapest (Hungría), durante una estancia de tres meses bajo la supervisión del Dr. Milo Malanga. Estos resultados se presentan en la Publicación 1.
El Capítulo II está enfocado en el diseño y preparación de nuevos materiales para el recubrimiento de las nanoparticulas metalo-orgánicas (nanoMOFs) altamente porosas MIL-100(Fe), aportando a estos nanocristales capacidad de furtivo (“stealth”) o de bioreconocimiento. Se ha desarrollado un método post-sintetico y “verde” (libre de disolventes orgánicos) para el recubrimiento directo de las nanoMOFs en disolución acuosa. Los resultados obtenidos en este contexto se presentan en las Publicaciones 2 y 3:
La Publicación 2 describe el uso de copolímeros ramificados construidos sobre dextrano (DEX) injertando tanto polietilénglicol (PEG) como unidades de alendronato (ALN), como building blocks para el recubrimiento de las nanoMOFs MIL-100(Fe). Se espera que las cadenas de PEG (MW ~2000) eviten que las nanoMOFs sean reconocidas y eliminadas por el sistema inmunitario, y que las unidades de ALN actúen como elementos de anclaje dado que son capaces de complejar los átomos de hierro en la superficie de las nanoMOFs. Los copolímeros de DEX-ALN-PEG se prepararon usando la química click para conjugar un dextrano funcionalizado con grupos propargilcarbamato (DEX-PC) y derivados de azida de PEG y de ALN. Tanto el número total de grupos propargilo como las cantidades relativas de los dos compuestos conjugados se han controlado durante la síntesis. El recubrimiento tuvo lugar simplemente por inmersión de las nanoMOFs en disoluciones acuosas de copolímeros, y las coberturas resultantes demostraron ser estables en medio biológico. A diferencia de las nanoMOFs sin recubrimiento, las recubiertas no sufrieron fenómenos de agregación en agua, y dieron lugar a una reducción de la internalización por parte de macrófagos, tal y como demuestran los experimentos de ICP-MS de cuantificación de hierro en dichas células. El proceso de recubrimiento se ha llevado a cabo también después de cargar las nanoMOFs con doxorubicin (DOX), para demostrar que los copolímeros DEX-ALN-PEG no afectan a los fármacos que se encuentran en el interior de los poros de las nanoparticulas.
La Publicación 3 presenta la síntesis de nuevos building-blocks para el recubrimiento de nanoMOFs MIL-100(Fe), basados en un andamio de β-CD que dispone, en una cara, de múltiples grupos fosfato como unidades de anclaje, y en la otra de unidades funcionales de tipo PEG, tetraetilénglicol (TEG), manosa, o manosa TEGilada. La preparación de los derivados de TEG y/o manosa se llevó a cabo mediante CuAACs a partir de per-6-azido-6-desoxi-β-CD, utilizando como contrapartida derivados propargilados de TEG, manosa o manosa TEGilada. Siguiendo una estrategia similar, un derivado de PEG (MW ~2000) con azida se conjugó mediante química click con la β-CD a través de su cara secundaria , resultando en un núcleo de β-CD decorado con catorce cadenas de PEG. En un segundo paso, todos estos conjugados se fosforilaron. El contenido en fósforo de cada building-block se calculó mediante ICP-MS utilizando un algoritmo matemático. El recubrimiento de las nanoMOFs tuvo lugar de forma espontánea en agua, generando coberturas estables en medios biológicos. Este proceso también se produce después de que las nanoMOFs se hayan cargado con doxorubicina sin afectar la carga del fármaco de las nanopartículas. Las coberturas que contienen tanto PEG como TEG permiten que las nanoMOFs sufran internalización reducida por parte de los macrófagos. Este efecto furtivo (“stealth”) resultó ser más eficaz cuando se utilizó β-CD TEGilada, a pesar del hecho de que su cadena es más corta que la del PEG. Los MIL-100(Fe) recubiertos con β-CD manosilados mostraron un comportamiento dual. Mientras que proporcionaron un remarcable incremento de afinidad hacia la lectina ConA, también mostraron un evidente efecto furtivo cuando se incubaron con macrófagos humanos, sugiriendo que existen otros factores aparte de la mera presencia del carbohidrato, tales como el tamaño o la densidad de recubrimiento, que podrían jugar un papel en este tipo de interacciones.
Finalmente, el Capítulo III describe las conclusiones generales que se derivan de los tres artículos considerados.
Además, en el Anexo se presentan otras publicaciones llevadas a cabo por la candidata durante su periodo de investigación.
