[en] Air pollution in cities is composed of particulate matter (PM), gases, organic compounds and metals. However, it is considered that the particulate matter fraction from the artificial combustion of fossil fuels, namely Diesel Exhaust Particles (DEP), is the most harmful for human health. As the particle becomes smaller in size, the more it can penetrate the organs and the more damaging actions it can inflict. Additionally, air pollution is ranked as an important risk factor for mortality and recent data indicates that global mortality and morbidity of cardiovascular disease are strongly influenced by PM damaging actions. Among cardiovascular diseases, stroke is the second leading cause of death globally and 85% of strokes are caused by the occlusion of blood vessels supplying the brain. In this context, PM is thought to contribute to the ischemic stroke pathology through mechanisms of inflammation, pro-thrombosis and/or impaired recovery. This thesis aims to investigate the possible interaction of DEP with the pathophysiological mechanisms of cerebral ischemia before and during the acute phase of the disease, by means of experimental models including an in vivo mouse model of cerebral ischemia, by in vitro Neural Stem Cells (NSC) cultures and by an ex vivo turbidimetric assay of clot formation and tPA-induced lysis with plasma samples from humans and mice. Matrix metalloproteinases (MMPs) are key enzymes related to injury and inflammation in acute stroke but are also essential in post-stroke tissue remodeling. In the lungs of healthy mice exposed to DEP for 3 days (acute) or 3 weeks (chronic), MMPs' levels were not altered. However, in the brain they decreased after DEP acute exposure but raised after chronic exposure. Chronic exposure reduced the amounts of cortical neurons while both exposures showed fewer NSC in the rostral migratory stream matching with in vitro data where NSC viability was compromised. After acute or chronic DEP exposure, mice underwent permanent Middle Cerebral Artery occlusion (ischemia). In the lungs of the chronically exposed group, an altered MMP response was observed along with reduced alveolar macrophages and increased interstitial macrophages and monocytes. However, brain injury produced by brain ischemia was not exacerbated by the pre-exposure to DEP, and no changes in brain MMPs' levels nor in the cell counts of different CNS cells were observed. The potential systemic effects of DEP exposure related to stroke were studied analyzing thrombogenic/thrombolytic plasmatic characteristics through turbidimetry. After ischemia, mouse and human plasma presented pro-thrombogenic features in the presence of DEP, while thrombolysis slowed in the ischemic chronic group returning to basal levels after DEP exposure. Additionally, humans living in high polluted areas presented accelerated thrombolysis compared to individuals living in less polluted areas. In conclusion, this thesis shows that diesel exhaust particulate matter can regulate the expression of brain proteases in healthy animals while reducing the progenitor and mature neuronal pools, compromising the CNS physiological balance. The expected detrimental role of DEP exposure in the context of cerebral ischemia by exacerbating the infarct lesion has not been observed in the tested conditions although the influence in post-stroke repair needs to be elucidated. Systemically, DEP exposure influenced the recruitment of inflammatory leukocyte populations in the lungs after ischemia and induced pro-thrombotic characteristics in plasma which could influence the brain clots in stroke disease and the outcome of thrombolytic therapies which nowadays are the only treatment for ischemic stroke in the acute phase of the disease.

[es] La contaminación del aire en las ciudades está compuesta por material particulado (PM), gases, compuestos orgánicos y metales. Sin embargo, se considera que la fracción de material particulado proveniente de la combustión artificial de combustibles fósiles, las llamadas partículas de escape de diésel (DEP), es la más dañina para la salud humana: cuanto más pequeña es la partícula mayor capacidad de penetración tiene y más daño puede infligir. Datos recientes indican que la mortalidad y la morbilidad global de las enfermedades cardiovasculares están fuertemente influenciadas por las acciones perjudiciales de la PM. De las enfermedades cardiovasculares, el ictus es la segunda causa de muerte a nivel mundial y el 85 % son causados por la oclusión de vasos sanguíneos que irrigan el cerebro. Actualmente se cree que la PM contribuye a la patología del ictus isquémico a través de mecanismos de inflamación, pro-trombosis y/o impidiendo procesos de recuperación. Esta tesis tiene como objetivo investigar la posible interacción de las DEP con los mecanismos fisiopatológicos de la isquemia cerebral antes y durante la fase aguda de la enfermedad empleando modelos experimentales que incluyen un modelo murino de isquemia cerebral in vivo, cultivos de células madre neurales (NSC) in vitro y un ensayo turbidimétrico ex vivo de formación de coágulos y lisis inducida por tPA con muestras plasmáticas humanas y murinas. Las metaloproteinasas de matriz (MMPs) son enzimas clave relacionadas con las lesiones y la inflamación aguda por ictus, pero también son esenciales en la fase de reparación. En los pulmones de ratones sanos expuestos a DEP durante 3 días (exposición aguda) o 3 semanas (crónica), los niveles de MMPs no se alteraron. Sin embargo, en el cerebro disminuyeron tras la exposición aguda y aumentaron tras la crónica. Además, la exposición crónica redujo las neuronas corticales, mientras que ambas exposiciones mostraron menos NSC en la vía migratoria rostral coincidiendo con resultados in vitro que mostraron menor viabilidad de las NSC en presencia de DEP. Tras la exposición a DEP (aguda/crónica), los ratones fueron sometidos a una oclusión permanente de la arteria cerebral media (isquemia). Sólo en los pulmones del grupo expuesto crónicamente, las MMPs se vieron alteradas junto con una reducción de los macrófagos alveolares y un aumento de los macrófagos intersticiales y monocitos. Sin embargo, la lesión cerebral producida por la isquemia no se vio agravada por la pre-exposición a DEP ni tampoco se alteraron los niveles de MMPs ni el recuento de diferentes células del sistema nervioso central (SNC). Los posibles efectos sistémicos de la exposición a DEP se estudiaron analizando las características trombogénicas/trombolíticas del plasma mediante turbidimetría. En el plasma de ratón y humano se produjeron cambios pro-trombogénicos tras la isquemia, que se exacerbaron en presencia de DEP. La trombólisis se ralentizó en el grupo crónico-isquémico que retornó a parámetros basales en presencia de DEP y se vio acelerada en los plasmas de personas residentes en zonas altamente contaminadas. Sintetizando, las DEP pueden regular la expresión de proteasas cerebrales en animales sanos, así como reducir las poblaciones de progenitores neurales y de neuronas maduras, comprometiendo el balance fisiológico del SNC. Sin embargo, no se ha observado una exacerbación de la lesión isquémica cerebral tras la exposición a DEP, aunque es necesario dilucidar su influencia en fases posteriores de reparación. A nivel sistémico, la exposición a DEP sí influyó en el reclutamiento de leucocitos en los pulmones tras la isquemia e indujo características pro-trombóticas en el plasma, lo que podría influir en el desarrollo de coágulos cerebrales y en la eficacia de las terapias trombolíticas con tPA (único fármaco disponible para tratar el ictus isquémico en fase aguda).