Interacción de nanopartículas con sistemas organizados que revisten interés en nanobiociencias

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2020

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Detalles Bibliográficos
Autor principal:	Villanueva, Martín E
Otros Autores:	Vico, Raquel Viviana
Formato:	doctoralThesis
Lenguaje:	Español
Publicado:	2020
Materias:	Química supramolecular Membranas Microbios Propiedades magnéticas Nanoestructuras Nanopartículas Compuestos de Plata Monocapas autoensambladas Fosfolípidos Técnicas de laboratorio Propiedades ópticas
Acceso en línea:	http://hdl.handle.net/11086/15123
Aporte de:	Repositorio Digital Universitario (UNC) de Universidad Nacional de Córdoba

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Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. Perillo, María Angelica. Universidad Nacional de Córdoba. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones biológicas y tecnológicas; Argentina. Moyano, Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Villanueva, Martín E. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. Vico, Raquel Viviana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. En esta tesis se realizó un estudio acerca de la interacción entre nanopartículas (NPs) hidrofóbicas y diferentes modelos de biomembranas, a los fines de aportar conocimientos que permitan el futuro diseño racional de estos nanomateriales (NMs) para su uso en diversas aplicaciones en el campo de las biociencias. Con este objetivo y como primera etapa del trabajo, se sintetizaron y purificaron nanopartículas de plata y nanopartículas magnéticas, ambas funcionalizadas con una monocapa de ácido oleico, denominadas AgNP-OA y MNP-OA, respectivamente. Las nanopartículas se caracterizaron exhaustivamente a través de diversas técnicas para determinar su estructura y propiedades. UV-Visible permitió corroborar las propiedades ópticas de las AgNP-OA y ensayos de magnetometría (VSM), determinar las propiedades magnéticas de las MNP-OA. Adicionalmente, se emplearon técnicas de espectroscopía infrarroja (FT-IR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía de transmisión electrónica (TEM), espectroscopía de fotoelectrones de rayos-X (XPS) y difracción de rayos-X de polvo (p-XRD) con las cuales fue posible acceder a información detallada sobre la morfología y las características estructurales de las nanopartículas que fueron luego, utilizadas en los ensayos frente a modelos de biomembranas. Estos resultados se presentan en el capítulo II. En el capítulo III, se evaluó la capacidad de las AgNP-OA para incorporarse en biomembranas modelos y desempeñarse como potenciales agentes antimicrobianos en entornos lipofílicos. Para ello, se estudió la interacción de las AgNP-OA con fosfolípidos y mezclas de fosfolípidos empleando monocapas de Langmuir como sistema modelo de membranas. A estos ensayos, se adicionó el estudio la interacción de las AgNP-OA con un modelo de biomembrana que simula la composición del estrato córneo de la piel (SCM). La interacción AgNP-OA/SCM se evaluó en monocapas autoensambladas en la interfase aire/agua y en monocapas soportadas que fueron obtenidas mediante la técnica de Langmuir-Blodgett. Estos estudios, permitieron confirmar que las AgNP-OA inducen procesos de reestructuración en la organización molecular de los films lipídicos con un incremento en la elasticidad en el plano (fluidez) de los mismos. En conjunto con estudios realizados previamente en el laboratorio en monocapas mixtas de MNP-OA y los mismos fosfolípidos (y mezclas de ellos), fue posible determinar que existe una estrecha relación entre el Resumen II tipo de interacción que se establece entre las nanopartículas y las biomembranas, y la naturaleza del núcleo o core que conforma las NPs. Conociendo que la identidad química de los nanomateriales puede modificarse ante su interacción con biomoléculas, hecho muy conocido para proteínas pero no informado en la literatura para lípidos de membrana, se evaluó la composición de las AgNP-OA luego de su interacción con fosfolípidos, las moléculas más abundantes en el entorno que ofrecen las membranas celulares. Luego de la interacción AgNP-OA/fosfolípidos presentes en vesículas multilamelares, se realizaron ensayos para evaluar la adsorción de fosfolípidos sobre la superficie de las NPs mediante XPS. Estos estudios mostraron que fosfocolinas son capaces de adsorberse en ciertas proporciones sobre el núcleo metálico, sin desplazar de manera significativa al ácido graso que estabiliza las NPs. Teniendo en cuenta que uno de los mecanismos por los cuales las AgNPs son capaces de ejercer actividad biocida es a través de la liberación de iones Ag+ desde el núcleo metálico, se cuantificó la liberación de estos iones desde las AgNP-OA por medio de una técnica colorimétrica empleando espectrofotometría UV-Visible. Los resultados encontrados indicaron que las AgNP-OA son capaces de ejercer una liberación prolongada de iones Ag+ en el tiempo, en concentraciones reportadas como antimicrobianas. En el capítulo IV se evaluó la capacidad de las MNP-OA para promover procesos de fusión de bicapas lipídicas empleando liposomas como modelo de biomembranas. Para ello se realizaron diversos estudios, que permitieron confirmar que las MNP-OA son capaces de promover el proceso de fusión de vesículas. Se adquirió, además, información importante acerca de las proporciones, cinética y morfología de la reestructuración molecular que experimentan las bicapas lipídicas en presencia de diferentes concentraciones de nanopartícula. Estudios realizados por DLS y potencial Z demostraron que existe un notorio proceso de reestructuración de las bicapas de los liposomas luego de incorporar las MNP-OA. Esta reestructuración conllevó en primera instancia, a la obtención de vesículas de tamaños más grades, y pequeñas modificaciones de los potenciales de doble capa en las vesículas. Por medio del ensayo estándar de mezclado de contenidos internos, visualizado por la formación del complejo fluorescente Tb3+/DPA, se demostró que las MNP-OA inducen fusión y el mezclado de los contenidos internos de las vesículas. Tanto en este caso como en mediciones realizadas por turbidimetría (espectrofotometría de absorción), fue posible determinar que la cinética y las proporciones en las que se llevan a cabo los procesos de agregación y fusión de las vesículas, son TESIS DOCTORAL – Lic. Martín E. Villanueva III dependientes de la concentración de MNP-OA incorporada a las estructuras lipídicas. Ensayos para la medición del grado de cambio en la permeabilidad de las vesículas hicieron posible corroborar que las NPs inducen un proceso de fusión de bicapas lipídicas que transcurre sin pérdidas aparentes de contenido interno. Aprovechando las características superparamagnéticas de las MNP-OA, se evaluó la fusión de vesículas lipídicas en presencia de campos magnéticos de intensidades variables. Como resultado de estos estudios se encontró que las MNP-OA, son capaces de modificar de manera dinámica, las proporciones en las que se produce el mezclado de contenidos internos ante la aplicación de campos magnéticos de intensidad baja. De esta manera fue posible obtener un incremento aproximado del 20 % en el rendimiento del proceso de fusión. Por último, se realizaron diversos estudios a través de técnicas de microscopía, destinadas a determinar la localización de las MNP-OA en los liposomas en el proceso de fusión. Utilizando TEM, se confirmó que las MNP-OA se ubican preferentemente sobre las bicapas lipídicas, a lo largo de toda la estructura de los liposomas. Seguidamente, un mayor detalle se obtuvo de mediciones de microscopía confocal de fluorescencia, donde a través del empleo de fluoróforos de marcación fue posible realizar experimentos de co-localización de sondas fluorescentes para determinar la localización precisa de las MNP-OA en el medio vesicular. Como resultado de estos estudios, se confirmó que las MNP-OA interactúan efectivamente con la bicapa de las vesículas lipídicas por medio de lo que podrían suponerse, interacciones hidrofóbicas sin producir cambios morfológicos detectables. En el capítulo V, se exponen las conclusiones generales acerca del trabajo realizado en esta tesis doctoral. Los hallazgos aquí logrados, nos permitieron obtener el conocimiento suficiente acerca de las interacciones entre nanopartículas hidrofóbicas y sistemas de biomembranas modelo, como para proponer diferentes mecanismos de acción e interacción entre ambas estructuras, que permitan contribuir y guiar el desarrollo de sistemas de nanopartículas con aplicaciones en el campo de la biomedicina y la nanobiotecnología. Fanani, María Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Coronado, Eduardo Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. Perillo, María Angelica. Universidad Nacional de Córdoba. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones biológicas y tecnológicas; Argentina. Moyano, Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Villanueva, Martín E. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. Vico, Raquel Viviana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. 2020-04-17T11:41:09Z 2020-04-30 doctoralThesis http://hdl.handle.net/11086/15123 spa Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Interacción de nanopartículas con sistemas organizados que revisten interés en nanobiociencias

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