Sistemas de transporte molecular basados en ciclooligosacáridos y dendrímeros

• Autores: Ana Isabel Carbajo Gordillo
• Directores de la Tesis: Carmen Ortiz Mellet (dir. tes.), José Manuel García Fernández (dir. tes.), José L. Jiménez Blanco (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Número de páginas: 364
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  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • La terapia génica es una modalidad de medicina molecular que consiste en transferir al interior celular material génico capaz de interferir en la biosíntesis de proteínas implicadas, bien por su ausencia o por su presencia, en el desarrollo de una enfermedad. La principal limitación de la terapia génica se debe a propiedades inherentes al ADN libre, que presenta baja permeabilidad para atravesar membrana plasmática e inestabilidad metabólica, por lo que resulta imprescindible el desarrollo de vectores de genes capaces de compactar y proteger el material génico. Actualmente, los que mejor eficacia de transfección presentan son los vectores virales; sin embargo, aún presentan problemas asociados a su bioseguridad. Como consecuencia de esto, cada vez son más los vectores sintéticos recogidos en la literatura. La mayoría se basan en sistemas lipídicos o poliméricos, cuya naturaleza dispersa representa una desventaja importante para los estudios y aplicaciones fundamentales. Como alternativa, en esta Tesis hemos desarrollado nuevos vectores moleculares para la complejación y transporte de ácidos nucleicos que explotan la química y propiedades estructurales del disacárido ,’-trehalosa. La rigidez y simetría de la ,’-trehalosa, en la que los hidroxilos primarios y secundarios, equivalentes en las dos unidades de glucosa constituyentes, están orientados en direcciones opuestas, permite generar fácilmente anfifilia facial y acceder a sistemas con dominios policatiónicos y lipófilos bien diferenciados. De esta manera, los centros catiónicos pueden interaccionar de forma cooperativa con los grupos fosfatos del esqueleto oligonucleotídico, mientras que las cadenas grasas promoverán la autoasociación y compactación mediante interacciones hidrófobas. La disposición de las posiciones primarias en la molécula de ,’-trehalosa es, además, especialmente adecuada para la construcción de sistemas macrocíclicos denominados ciclotrehalanas (CTs). Las CTs pueden prepararse mediante aproximaciones convergentes, compatibles con la incorporación de elementos funcionales que puede llevarse a cabo en las etapas iniciales de la síntesis, lo que permite acceder a estructuras con una orientación predeterminada de los sustituyentes. De manera general, los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral ponen de manifiesto el potencial del disacárido α,α’-trehalosa para el diseño de nuevos sistemas no virales para el transporte de material génico. Empleando secuencias de reacciones muy eficaces, en especial reacciones click de macrociclación y de multiacoplamiento, es posible acceder a una variedad de arquitecturas policatiónicas (macro)moleculares sin precedentes en el campo de los vectores moleculares, manteniendo la pureza diastereomérica. Estas incluyen: (a) derivados policatiónicos anfifílicos construidos sobre la propia molécula de α,α’-trehalosa que combinan elementos de los compuestos vectores multivalentes y de los surfactantes gémini, que denominamos surfactantes siameses; (b) nanopartículas moleculares disimétricas (patchy), con dominios catiónicos anfifílicos de tipo Janus (dos caras diferentes) o Mickey Mouse (tres dominios, dos de ellos idénticos y diferentes del tercero); (c) polímeros estrella de estructura dendrítica con un núcleo funcional de CT dimérica (CT2) o trimérica (CT3); el primero aporta la capacidad de quelatar eficazmente el catión zinc(II) mientras que el segundo puede formar complejos de inclusión con derivados de adamantano, propiedades ambas que permiten potenciar la transfección; (d) polímeros estrella lineales con brazos de tetraetilenimina; (e) CTs de tipo patchy con dominios catiónicos y glicosídicos en caras diferentes (Janus) o con un tercer dominio lipófilo; hemos denominado a este nuevo prototipo con tres caras funcionales diferentes “derivados Hecate” (de la diosa homónima de la mitología grecorromana). El control sobre la estructura del vector ha permitido la realización de estudios de estructura/actividad rigurosos, combinando técnicas de caracterización de nanocomplejos, estudios computacionales y evaluación de la eficacia de transfección tanto in vitro como in vivo. Los resultados demuestran que tanto la naturaleza de los diferentes elementos funcionales en el vector como su número o su geometría pueden definirse en la escala molecular y modular así las propiedades supramoleculares, la topología de los nanocomplejos co-ensamblados con ADNp, sus capacidades de transfección in vitro y el tropismo in vivo.