[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.

[es] En esta tesis hemos usado el modelo animal Caenorhabditis elegans (C. elegans) como sistema biológico vivo en el que evaluar nanopartículas (NPs) para aplicaciones biomédicas. En concreto, hemos evaluado el comportamiento de dos tipos de partículas inorgánicas con diferentes tamaños y propiedades de superficie: NPs de óxido de hierro (SPIONs) recubiertas de citrato y de albúmina sérica bovina (BSA), y NPs de oro recubiertas de citrato de dos tamaños distintos (10 nm y 150 nm). Hemos estudiado las interacciones nano-bio en C. elegans con especial atención en las propiedades de los materiales in vivo incluyendo su estado, ingestión, localización, efectos biológicos y mecanismos moleculares. Con esta finalidad, hemos combinado ensayos de toxicidad, técnicas de ciencia de materiales y de imagen, y análisis de la expresión génica. También hemos investigado la influencia de la composición de las NPs, de su recubrimiento superficial y de su tamaño in vivo, y comparado nuestros resultados con estudios previos. Es destacable el hecho de haber podido realizar todas estas evaluaciones biológicas en el mismo laboratorio donde hemos sintetizado y caracterizado las partículas gracias a las ventajas experimentales de C. elegans. De este modo, esta tesis valida el uso de C. elegans como un modelo animal simple para evaluar NPs en las etapas iniciales de desarrollo. A través de técnicas de microscopía, vimos que las NPs entraban al cuerpo del gusano durante el proceso de alimentación y se acumulaban siguiendo patrones particulares según las propiedades de las NPs. Las NPs de oro no eran internalizadas por las células intestinales de C. elegans, mientras que detectamos SPIONs en el compartimento lisosomal de estas células. En ningún caso detectamos translocación de NPs a órganos secundarios, ni entrada por otras vías (ej. dermal) u orificios del cuerpo. Para caracterizar el perfil toxicológico de las NPs, estudiamos diferentes parámetros toxicológicos letales y sub-letales. Observamos que la LD50 de las SPIONs casi doblaba (600 µg/ml) el valor de las NPs de oro de 11 nm (350 µg/ml), lo cual indica que las SPIONs son más biocompatibles que las de oro. Las BSA-SPIONs afectaron el estado de C. elegans menos que las C-SPIONs, sugiriendo un efecto protector del recubrimiento de BSA. De forma similar, vimos que las NPs de oro de 150 nm eran menos tóxicas que las de 11 nm, lo cual indica que el tamaño de las NPs es relevante para sus efectos in vivo. El uso de técnicas fisicoquímicas nos permitió cuantificar la ingesta de NPs por parte del gusano y nos permitió también caracterizar el estado de las NPs en C. elegans. Dentro del animal, las SPIONs mantenían sus propiedades magnéticas iniciales pero eran parcialmente degradadas en el intestino, especialmente las recubiertas de citrato, con la consiguiente liberación de iones hierro. Las NPs de oro resultaron más resistentes a la degradación pero observamos cierto grado de agregación, que era reversible y dependía de la región del intestino donde se localizaban las NPs. Mediante experimentos in vitro, confirmamos que el pH y la presencia de biomoléculas en el intestino puede contribuir a determinar el estado de las NPs in vivo. Por otro lado, estudiamos e identificamos mecanismos moleculares afectados por la exposición a NPs usando técnicas genéticas. Observamos que las NPs alteraban los mecanismos de estrés oxidativo y de detoxificación de metales, lo cual sugiere que están implicadas en la respuesta de C. elegans a las NPs. En el caso de las SPIONs, detectamos efectos dependientes del recubrimiento: mientras que las partículas recubiertas de citrato afectaban el procesamiento de información ambiental y genética, las recubiertas de BSA afectaban el funcionamiento metabólico. En conjunto, creemos que el tratamiento con NPs es capaz de activar mecanismos de estrés general y también rutas específicas que dependen de las propiedades de las NPs. En resumen, esta tesis ha contribuido a: i) extender el abanico de técnicas usadas para caracterizar interacciones nano-bio en C. elegans; ii) una evaluación sistemática y extensa de las interacciones entre NPs y C. elegans, desde la síntesis del material hasta el análisis de mecanismos moleculares; y iii) estudiar la influencia de las propiedades de las NPs en sus efectos in vivo.