[ca] En aquesta tesi hem utilitzat el model animal Caenorhabditis elegans (C. elegans) com a sistema biològic viu per avaluar nanopartícules (NPs) per aplicacions biomèdiques. En concret, hem avaluat el comportament de dos tipus de partícules inorgàniques amb diferent mida i propietats de superfície: NPs d'òxid de ferro (SPIONs) recobertes de citrat i d'albúmina sèrica bovina (BSA), i NPs d'or recobertes de citrat de dos mides diferents (10 nm i 150 nm). Hem estudiat les interaccions nano-bio en C. elegans amb especial atenció en les propietats dels materials in vivo incloent el seu estat, ingesta, localització, efectes biològics i mecanismes moleculars. Amb aquest propòsit, hem combinat assajos de toxicitat, tècniques de ciència de materials i d'imatge, i anàlisi de l'expressió gènica. També hem investigat la influència de la composició de les NPs, del seu recobriment superficial i de la seva mida in vivo, i comparat els nostres resultats amb estudis previs. És destacable el fet d'haver pogut realitzar totes aquestes avaluacions biològiques en el mateix laboratori on hem sintetitzat i caracteritzat les partícules gracies als avantatges experimentals de C. elegans. Així doncs, aquesta tesi valida l'ús de C. elegans com a un model animal senzill per avaluar NPs en les etapes inicials de desenvolupament. A través de tècniques de microscòpia, vam veure que les NPs entraven al cos del cuc durant el procés d'alimentació i s'acumulaven seguint patrons particulars segons les propietats de les NPs. Les NPs d'or no eren internalitzades per les cèl·lules intestinals de C. elegans, mentre que vam poder identificar NPs d'òxid de ferro en el compartiment lisosomal d'aquestes cèl·lules. En cap cas vam detectar translocació de NPs a òrgans secundaris, ni entrades per altres vies (ex. dermal) o orificis del cos. Per caracteritzar el perfil toxicològic de les NPs, vam estudiar diferents paràmetres toxicològics letals i sub-letals. Vam observar que la LD50 de les NPs d'òxid de ferro casi doblava (600 µg/ml) el valor de les NPs d'or de 11 nm (350 µg/ml), cosa que indica que les NPs d'òxid de ferro són més biocompatibles que les d'or. Les SPIONs recobertes de BSA van afectar l'estat de C. elegans menys que les recobertes de citrat, suggerint un efecte protector pel recobriment del BSA. De manera similar, vam veure que les NPs d'or de 150 nm eren menys tòxiques que les de 11 nm, cosa que indica que la mida de les NPs és rellevant pels seus efectes in vivo. L'ús de tècniques fisicoquímiques ens va permetre quantificar la ingesta de NPs per part del cuc i ens va permetre també caracteritzar l'estat de les NPs en C. elegans. Dins de l'animal, les SPIONs mantenien les seves propietats magnètiques inicials però eren parcialment degradades en l'intestí, especialment les recobertes de citrat, amb el conseqüent alliberament de ions ferro. Les NPs d'or van resultar més resistents a la degradació però vam observar cert grau d'agregació, que era reversible i depenia de la regió de l'intestí on es localitzaven les NPs. Mitjançant experiments in vitro, vam confirmar que el pH i la presència de biomolècules en l'intestí pot contribuir a determinar l'estat de les NPs in vivo. D'altra banda, vam estudiar i identificar mecanismes moleculars afectats per l'exposició a NPs a través de tècniques genètiques. Vam observar que les NPs alteraven els mecanismes d'estrès oxidatiu i de detoxificació de metalls, cosa que suggereix que estan implicats en la resposta de C. elegans a les NPs. En el cas de les SPIONs, vam detectar efectes depenent del recobriment: mentre que les partícules recobertes de citrat afectaven el processament d'informació ambiental i genètica, les recobertes de BSA afectaven el funcionament metabòlic. En conjunt, creiem que el tractament amb NPs és capaç d'activar mecanismes d'estrès general i també rutes específiques que depenen de les propietats de les NPs. En resum, aquesta tesi ha contribuït a: i) ampliar el ventall de tècniques utilitzades per caracteritzar interacciones nano-bio en C. elegans; ii) una avaluació sistemàtica i extensa de les interacciones entre NPs y C. elegans, des de la síntesi del material fins l'anàlisi dels mecanismes moleculars; i iii) estudiar la influencia de las propietats de les NPs en els seus efectes in vivo.

[en] In this thesis, we have used the simple model organism Caenorhabditis elegans (C. elegans) as an in vivo biological system to screen nanoparticles (NPs) proposed for biomedical uses. In particular, we have assessed the behaviour of two types of inorganic particles with different size and surface properties: iron oxide NPs (SPIONs) coated with citrate and bovine serum albumin (BSA), and citrate coated gold nanoparticles of two different diameters (11 nm and 150 nm). We have studied their nano-bio interactions in C. elegans with special focus on the material's properties in vivo including their status, uptake, fate, biological effects and molecular mechanisms. To this end, we have combined toxicity tests, materials science and imaging techniques, and gene expression analysis. We have also investigated the influence of NP composition, coating and size in vivo, and compared our results with previous studies. Remarkably, we have been able to perform this biological evaluation in the synthetic laboratory where the particles were synthesized and characterised due to the advantageous experiments features of C. elegans. Therefore, our work sets up C. elegans as a simple animal model to evaluate NPs in the initial stages of development. By microscopy techniques, we found that NPs entered the body of the worm during feeding and accumulated in the intestine with particular patterns depending on the NP properties. Gold NPs were not internalized by the C. elegans intestinal cells, while iron oxide NPs were identified in the lysosomal compartment of these cells. We did not detect translocation of NPs to secondary organs, either entrance by other routes (i.e. dermal) or body openings. Lethal and sub-lethal endpoints were analysed to characterise the toxicological profile of the NPs. We found that the LD50 of iron oxide NPs almost doubled (600 µg/ml) the value for 11-nm gold NPs (350 µg/ml) indicating the superior biocompatibility of the former. BSA-coated SPIONs affected to a lesser extent the behaviour of C. elegans than citrate-coated SPIONs, suggesting a protective effect of the BSA coating. Similarly, 150-nm gold NPs appeared less toxic than their smaller counterparts, indicating that NP size is relevant to their in vivo effects. The use of physicochemical techniques allowed us to quantify the ingestion of NPs by C. elegans and, interestingly, we could also characterise NP status inside C. elegans. We found that iron oxide NPs maintained their initial magnetic properties but were partially degraded inside the intestine, especially the citrate-coated particles, with the consequent release of iron ions. Gold NPs appeared resistant to degradation but showed some degree of aggregation, which was reversible and depended on the specific area of the gut. We confirmed in vitro that the pH and presence of biomolecules in the intestine could contribute to determine the status of the NPs in vivo. We also investigated potential molecular mechanisms affected by NP exposure using genetic tools. We observed that NP treatment disrupted the oxidative stress and metal detoxification pathways, suggesting that they might be involved in the response of C. elegans to NPs. In the case of iron oxide NPs, we found coating-dependent effects: citrate-coated particles affected the processing of environmental and genetic information, while BSA-coated SPIONs affected metabolic mechanisms. All in all, we believe that NP treatment can trigger general stress mechanisms and also specific pathways depending on the NP properties. In conclusion, this thesis contributes to: i) extend the toolkit of techniques used for the characterisation of nano-bio interactions in C. elegans; ii) a systematic and comprehensive evaluation of the interaction of NPs in C. elegans, from the materials' synthesis to the analysis of molecular pathways; and iii) study the influence of NP properties on their in vivo effects.