[en] This thesis investigates the antioxidant properties of Cerium Oxide (CeO2) nanoparticles (NPs) within biological contexts, focusing on the roles of reactive oxygen species (ROS) in regulating energy metabolism and their intricate involvement in immune responses. ROS, highly reactive free radicals resulting from cellular respiration, play a central role in both metabolism and inflammation, making them important therapeutic targets. The integration of nanomaterials into biological applications presents challenges that require interdisciplinary expertise and a comprehensive understanding of the material properties, with a particular emphasis on nanosafety. Poorly soluble, aggregated, polydisperse, and contaminated samples have been linked to increased ROS and inflammation, underscoring the need for meticulous design of NPs to ensure their stability, efficacy, and safety in biological contexts. This work explores the synthesis and characterization of CeO2 NPs, offering a comprehensive understanding of their physicochemical properties, to guide their use in biological systems. The pharmacokinetic profile of CeO2 NPs is investigated in preclinical models, including long-term absorption, distribution, metabolism, and excretion profiles. Additionally, the impact of antioxidant CeO2 NPs on the innate immune response is examined, particularly focusing on macrophage polarization. The investigation extends to macrophage energy metabolism, mitochondrial function, and cytokine production By elucidating the relationship between the structure and the properties of CeO2 NPs with their effectiveness, and the mechanisms through which antioxidants modulate immune responses, this thesis aims to bridge the gap between nanomaterials and their application in biomedicine, highlighting the need for tailored nanomaterial properties and robust tools for their utilization in sophisticated therapeutic tasks.

[es] Esta tesis investiga las propiedades antioxidantes de las nanopartículas de Óxido de Cerio (CeO2) en contextos biológicos, enfocándose en los roles de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en la regulación del metabolismo energético y su participación en las respuestas inmunitarias. Los radicales libres (altamente reactivos) resultantes de la respiración celular, desempeñan un papel central tanto en el metabolismo como en la inflamación, convirtiéndolos en importantes dianas terapéuticas. La integración de nanomateriales en aplicaciones biológicas presenta desafíos que requieren experiencia interdisciplinaria y una comprensión integral de las propiedades del material, con un énfasis particular en la seguridad. Nanopartículas poco solubles, agregadas, polidispersas y/o contaminadas se han relacionado con un aumento de ROS e inflamación, lo subraya la necesidad de un diseño meticuloso de las nanopartículas para garantizar su estabilidad, eficacia y seguridad en contextos biológicos. Este trabajo explora la síntesis y caracterización de las nanopartículas de CeO2, ofreciendo una comprensión exhaustiva de sus propiedades fisicoquímicas para guiar su uso en sistemas biológicos. El perfil farmacocinético de las nanopartículas de CeO2 se investiga en modelos preclínicos, incluyendo perfiles de absorción, distribución, metabolismo y excreción a largo plazo. Además, se examina el impacto de las nanopartículas antioxidantes en la respuesta inmunitaria innata, centrándose particularmente en la polarización de macrófagos. La investigación se extiende al metabolismo energético de los macrófagos, la función mitocondrial y la producción de citoquinas. Al elucidar la relación entre la estructura y las propiedades de las nanopartículas de CeO2 con su eficacia, y los mecanismos mediante los cuales los antioxidantes modulan las respuestas inmunitarias, esta tesis tiene como objetivo impulsar la aplicación de los nanomateriales en biomedicina, destacando la necesidad de desarrollar propiedades específicas y herramientas robustas para la utilización de nanopartículas en tareas terapéuticas sofisticadas.