Magnetostructural characterisation of biological materials: detection and quantification of nanometric iron-containing species

En esta tesis se ha investigado la especiacion del hierro en sistemas biologicos prestando especial atencion a las especies en las queel hierro se encuentra formando parte de particulas de oxidos y oxohidroxidos de tamano nanometrico tanto biogenicas (ferritina yhemosiderina) como no biogenicas (suplementos de hierro y agentes de contraste). Se han caracterizado ocho suplementos de hierro utilizados en el tratamiento de la anemia ferropenica. El estudio de estos farmacos,ademas de proporcionar informacion estructural de cada compuesto, que puede estar relacionado con sus propiedadesfarmacocineticas, es el paso previo necesario para su posterior monitorizacion en el organismo.Las especies minerales de hierro de origen biogenico se han estudiado en el marco de las enfermedades de sobrecarga de hierro paralo que se han utilizado dos modelos animales distintos.El primer modelo estudiado se ha generado a partir de la administracion de una dosis unica de un suplemento de hierro (hierrodextrano) a ratas. Este farmaco esta constituido por nanoparticulas de un oxohidroxido de hierro llamado akaganeita. Lastransformaciones sufridas por el farmaco en el higado y musculo de la zona cercana a la inyeccion se han monitorizadomagneticamente a lo largo de tres meses, observandose la disminucion de la cantidad de particulas de akaganeita yel aumento de la cantidad de hierro en forma de ferritina. Ademas, se ha detectado tambien la acumulacion de hierro en el bazo,corazon y rinones de los animales. La identificacion de este tipo de especies en los tejidos a partir de la caracterizacion magnetica hasido posible gracias al estudio de las propiedades magneticas tanto del farmaco inyectado como de la ferritina de higado de rata.El segundo modelo animal de sobrecarga de hierro utilizado ha consistido en ratones modificados geneticamente (knockout Hfe-/-)que, a pesar de tener una dieta normal, acumulan grandes cantidades de hierro en el organismo. Este modelo simula mejor lasenfermedades humanas y de ahi su especial interes para el estudio de los depositos de hierro en patologias de sobrecarga de hierro.Se han estudiado magneticamente tres tejidos diferentes: Higados, bazos y corazones, habiendose encontrado una acumulacionanomala de hierro en el tejido hepatico. Mediante el estudio por Microscopia Electronica de Transmision se han observadodepositos de hierro en forma de ferritina o lisosomas que contienen ferritina parcialmente degradada. Sin embargo, se ha detectadotambien la presencia, de otro tipo de depositos, con un tamano y una estructura cristalina diferente a los usualmente observados enestos procesos de sobrecarga, que necesitan un mayor estudio ya que podrian estar relacionados con el aspecto sano de los tejidos apesar de la gran cantidad de hierro acumulada.Se incluye tambien en esta tesis un estudio de la monitorizacion magnetica de un agente de contraste comunmente utilizado enImagen por Resonancia Magnetica Nuclear. El interes del estudio de la biodistribucion de este compuesto por medios magneticosradica en que, debido a que la cantidad de hierro administrada con el farmaco es muy pequena en comparacion con el hierrobiogenico, su estudio por otras tecnicas es complicado de realizar. La presencia del agente de contraste ha sido detectada en elhigado y el bazo pero no se ha observado en el corazon ni en los rinones. Ademas, se ha desarrollado un protocolo para lacuantificacion de la cantidad de hierro que esta formando parte tanto del agente de contraste como de la ferritina biogenica presenteen los tejidos a partir de las medidas magneticas, que ha servido para proporcionar informacion cuantitativa sobre la cantidad dehierro que forma parte de estas dos especies en los tejidos. El estudio de la influencia de las interacciones dipolares en muestras delagente de contraste de diferentes concentraciones ha permitido, ademas, obtener informacion acerca del grado de agregacion de estecompuesto en los tejidos, observandose diferencias entre higado y bazo.El estudio de las propiedades magneticas de los tejidos, especialmente en situaciones de sobrecarga de hierro, es de especial interespara el desarrollo de tecnologias no invasivasbasadas en el magnetismo para la cuantificacion de los depositos de hierro.