[ca] L'actual transferència de coneixements des de l'escala de laboratori d'investigació als productes farmacèutics i les teràpies humanes és limitada, entre altres raons, a causa de la percepció de les cèl·lules com caixes negres, en què hi ha entrades i sortides però es presta poca atenció als processos cel·lulars interns que regeixen els resultats generals. Aquesta tesi doctoral proposa un mètode per estudiar els mecanismes cel·lulars que intervenen en la internalització NPs i la transfecció de cèl·lules, que sovint passen desapercebuts. És a dir, mitjançant el desenvolupament d'una nova classe de nanopartícules multicomponents derivades d'un sistema polimèric de gene delivery de bon rendiment, es projecta aquí una inspecció des de l'interior de les cèl·lules que permetrà no només comprendre millor els resultats dels experiments cel·lulars, sinó també establir les bases d'una plataforma de teràpia cel·lular innovadora i millorada. En primer lloc, s'estudiaran els mecanismes intracel·lulars d'autofàgia i producció exosomes utilitzant poliplexes OM-pBAE en combinació amb nanopartícules metàl·liques. S'investigarà el paper del component polimèric i metàl·lic de sistema en aquests dos mecanismes cel·lulars que es indueixen amb la transfecció cel·lular. També es supervisarà l'avaluació de la ubicació intracel·lular dels complexos. A continuació, s'analitzaran les interaccions d'aquests sistemes de gene delivery amb les proteïnes presents en el medi biològic, ja que tenen un gran impacte en la internalització cel·lular. I, finalment, amb el coneixement tant dels mecanismes cel·lulars subjacents a la transfecció cel·lular com de l'efecte de la corona proteica en els perfils d'internalització cel·lular de les diferents nanopartícules, es proposarà l'aplicació dels nostres sistemes de gene delivery a un propòsit més desafiant: la modificació de les cèl·lules mare mesenquimals per al seu posterior ús com a estratègies de teràpia cel·lular. En conclusió, en aquesta tesi s'han emprat nanopartícules multicomponents per realitzar un estudi exhaustiu dels mecanismes cel·lulars induïts en la transfecció cel·lular. S'han utilitzat sistemes de lliurament de gens compostos de poliplexes fets d'OM-pBAE i pDNA i un component metàl·lic que són nanopartícules d'or o SPIONs per obrir les cèl·lules i analitzar els processos intra i intercel·lulars que dicten el destí dels vectors internalitzats - la autofàgia i la producció de exosomes -, estudiar la seva interacció amb les proteïnes i demostrar que aquest fenomen és clau per a la seva absorció cel·lular i, finalment, aplicar el coneixement de les seves propietats i capacitats per modificar genèticament les cèl·lules reticents a la transfecció que s'utilitzen per a les estratègies de teràpia cel·lular.

[en] The current transfer of knowledge from a research laboratory scale to pharmaceutical products and human therapies is limited, among other reasons, due to the perception of cells as black boxes, where there are inputs and outputs but little attention is devoted to the inner cell processes governing the overall results. This doctoral thesis proposes a method to study the cellular mechanisms involved in cell uptake and transfection that often remain unnoticed. That is, through the development of a new class of multicomponent nanoparticles derived from a well-performing polymeric type gene delivery system, it is here projected an inspection from inside the cells that will allow not only a better understanding of cell experiment results, but also setting the basis for an innovative and improved cell therapy platform. First, the intracellular mechanisms of autophagy and exosomes production will be studied using OM-pBAE polyplexes in combination with metallic nanoparticles. The role of both the polymeric and the metallic component of the system will be investigated in these two cell mechanisms that are induced upon cell transfection. Also, the intracellular location assessment of the complexes will be monitored. Then, the interactions of these gene delivery systems with the proteins present in any given biological medium will be analyzed, since they have a great impact in cellular internalization. And finally, with the knowledge on both the cellular mechanisms behind cell transfection and the effect of protein corona on the cell uptake profiles of different nanoparticles, it will be proposed the application of our gene delivery systems to a more challenging purpose: the modification of mesenchymal stem cells for further use as cell therapy strategies. In conclusion, in this thesis, multicomponent nanoparticles have been employed to perform a thorough study of the cellular mechanisms induced upon cell transfection. Gene delivery systems composed of polyplexes made of OM-pBAEs and pDNA and a metallic component being either gold nanoparticles or SPIONs have been used to unbox cells and analyze the intra and intercellular processes that dictate the fate of internalized vectors – namely autophagy and exosomes production –, study their interaction with proteins and demonstrate that this phenomenon is key for their cellular uptake, and finally apply the knowledge of their properties and abilities to genetically modify reluctant to transfection cells that are used for cell therapy strategies.