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Nanocompositos híbridos orgánico-inorgánicos con directores de estructura : obtención y estudio de sus propiedades

En este trabajo se realizó un estudio del confinamiento bidimensional de semiconductores en la forma de nanocompositos híbridos orgánico-inorgánicos laminares. El mismo se basó principalmente en el diseño e implementación de las estrategias de síntesis de los nanocompositos, y la evaluación de los efectos del confinamiento sobre las propiedades ópticas y fotocatalíticas de los productos. El diseño de la síntesis se enmarcó en la utilización de herramientas como el reconocimiento molecular y el auto-ordenamiento de surfactantes, que actúan como agentes directores de la estructura, las que mediante la co-organización de las especies orgánicas e inorgánicas llevan a los productos esperados. Se sintetizaron arreglos bidimensionales de semiconductores de sulfuro de zinc, sulfuro de cadmio, mezcla de ZnS-CdS y óxido de zinc, con surfactantes catiónicos, aniónicos y neutros. Los productos obtenidos – caracterizados a través de técnicas cristalográficas, microscópicas, y análisis elementales y térmicos – son nanocompositos híbridos orgánico-inorgánicos de naturaleza laminar. La estructura de los productos, consistente de láminas moleculares del semiconductor inorgánico confinado en medio de una bicapa laminar del surfactante, resulta estabilizada por interacciones covalentes, electrostáticas, o puentes de hidrógeno entre la matriz inorgánica y la cabeza del surfactante, dependiendo de la naturaleza de los mismos. Estos nanocompositos semiconductor-surfactante muestran propiedades ópticas y fotocatalíticas diferentes de aquellas de los semiconductores inorgánicos originales. El confinamiento bidimensional del semiconductor en los nanocompositos origina un aumento en los valores de las brechas de energías respecto a aquellas del componente inorgánico en volumen. Las propiedades luminiscentes de los productos, comparadas con los semiconductores originales, revelan una mayor eficiencia en la separación y transporte de las cargas exitónicas (e - -h + ) en los nanocompositos. En estos últimos el confinamiento de esas cargas en las trampas o estados superficiales -- generados por los defectos puntuales en la estructura del semiconductor, tipos vacancias de azufre, oxígeno, zinc o cadmio, e iones metálicos intersticiales -- resulta estabilizado por la presencia del surfactante. La eficiente separación de las cargas (e- -h + ) en los nanocompositos híbridos orgánico-inorgánicos favorece su actividad fotocatalítica en la degradación del azul de metileno proveniente de la generación fotoquímica de especies altamente reactivas (·OH y ·O2 - ). El conocimiento generado así como los nuevos productos sintetizados durante este trabajo, que permiten obtener especies con una relación superficie/volumen enorme, constituyen una contribución relevante para el desarrollo de productos y dispositivos basados en procesos fotoinducidos catalizados por semiconductores inorgánicos.
Estudio de complejos diasteroisoméricos flavanona/ß-ciclodextrinas a través de resonancia magnética nuclear de protones

El estudio de la diferenciación enantiomérica de complejos diasteroisoméricos flavanona/ciclodextrina, formados específicamente por la mezcla racémica de (±)-flavanona, (±)-4’-hidroxiflavanona y (±)-2’-hidroxiflavanona, y las ciclodextrinas βCD, HPβCD y DMβCD, fue realizado mediante la obtención de espectros 1H-RMN y ROESY. Debido a la quiralidad de las flavanonas y ciclodextrinas, la mayoría de los complejos formados presentaron diferenciación enantiómerica en los espectros 1H-RMN, lo que permitió la obtención de la estequiometría, constantes de asociación y termodinámica de los complejos. Los resultados estequiométricos mostraron que todos los complejos diasteroisoméricos se forman en proporción 1:1 flavanona:ciclodextrina, las constantes de asociación siempre disminuyeron con el aumento de la temperatura, y los valores termodinámicos mostraron que la formación de todos los complejos es espontánea, exotérmica y con pérdida de entropía, sugiriéndose además que las interacciones de Van der Waals son las que contribuyen más al proceso de inclusión. Por otra parte, y pese a la diferenciación encontrada en los espectros 1H-RMN, en los espectros ROESY esto no fue posible, y por lo tanto solo se determinó la geometría de los complejos diasteroisoméricos en su conjunto, y no por separado. Los espectros ROESY mostraron que puede existir tanto una como dos geometrías de inclusión para cada complejo (±)-flavanonas/ciclodextrinas, además de sugerir la existencia de puentes de hidrógeno entre la flavanona y la ciclodextrina, y la flavanona y las moléculas de solvente que rodean al complejo. Adicionalmente, se encontró que para la mayoría de los complejos es la zona apolar de la flavanona la que se incluye en la cavidad de la ciclodextrina. Debido a que existe una relación entre la razón de las constantes de asociación de los complejos formados por una misma ciclodextrina y una pareja de enantiómeros determinadas por RMN, y el factor de separación en HPLC, se intentó separar las flavanonas mediante esta última técnica, utilizando a las ciclodextrinas como aditivo de separación quiral en la fase móvil, y empleando una fase estacionaria aquiral. Los resultados mostraron que no hay separación enantiomérica, sino que solo diferenciación, lo que fue logrado únicamente con la DMβCD. Adicionalmente, se encontró que no solo un valor diferente de 1 para la razón entre constantes de asociación es necesario para la diferenciación, sino que además se requiere que las magnitudes de las constantes de asociación sean de al menos 8 x 102 M-1 .
Protección de especies de lantánidos por intercalación en silicatos y aluminosilicatos laminares

En esta tesis se abordó el estudio de la protección de las propiedades luminiscentes de complejos de terbio (III) y Europio (III) con ligantes Cromóforos sensibles a estos lantánidos como la 2,2 Bipiridina y la 1,10 Fenantrolina; por medio de la intercalación de estos complejos en matrices laminares como la Bentonita natural y la Hectorita sintética. El proceso de intercalación en los espacios interlaminares de dichas matrices se efectuó mediante dos técnicas diferentes: intercambio en solución acuosa de los complejos disueltos en etanol con la matriz suspendida en etanol - agua (1:1),y mediante condiciones de vacío a la fusión de los ligantes con la matriz intercambiada con el lantánido previamente. Se discute el efecto que tiene en las propiedades luminiscentes de los complejos la intercalación por una u otra técnica. Se discute también el rol que desempeña la matriz en la protección de las propiedades luminiscentes de los complejos de lantánidos. La protección de las propiedades luminiscentes de los sistemas intercalados se midió en términos de rendimiento cuántico del proceso de emisión, permitiendo evaluar la potencialidad de los productos para alguna aplicación de interés en dispositivos ópticos. Se evaluó la estabilidad de las propiedades luminiscentes de los compuestos intercalados en agua, lo cual es un factor crucial por ser ésta un agente desactivador muy eficiente de la luminiscencia. También se evaluó la estabilidad de las propiedades de los productos en el tiempo por exposición al aire. Se comparan las propiedades luminiscentes de los sistemas intercalados estudiados en cuanto al centro metálico (lantánido), lo que permitió determinar cuál de ellos es más eficiente o cuál tiene mayor estabilidad como sistema emisor de luz.
Variantes polimórficas del citocromo P450 2D6 y su influencia sobre su actividad catalítica debrisoquina 4-hidroxilasa in vivo

Los médicos prescriben fármacos sobre la base de sus características farmacológicas y sobre la posibilidad de obtener resultados clínicamente reproducibles. Sin embargo, muchos de los fármacos son eficaces en sólo 25% a 60% de los pacientes, por lo tanto, muchos pacientes no responden a los tratamientos e incluso experimentan reacciones adversas e intoxicaciones. Existen variaciones individuales en las respuestas a fármacos que pueden deberse a diversos efectos, pero en la actualidad se sabe que muchas de estas variaciones se encuentran predeterminadas genéticamente; éste es el blanco de estudio de la farmacogenética. La debrisoquina-4-hidroxilasa (CYP2D6) es una de las enzimas más importante del metabolismo de fármacos que actúan tanto a nivel del sistema nervioso central (SNC) como del sistema circulatorio. Los polimorfismos de CYP2D6 presentan grandes diferencias en las frecuencias alélicas según la población y etnia. En este estudio se analizaron a través de PCR-AS semianidada, PCR RFLP y PCRL las variables CYP2D6*2, CYP2D6*3, CYP2D6*4 y la duplicación del gen CYP2D6 en 321 voluntarios sanos. Las frecuencias alélicas encontradas son muy similares a las registradas para la población española: para *2 un 40,5%, para *3 un 1,09%, para *4 un 11,8%. No se encontraron duplicaciones del gen CYP2D6 en un subgrupo de 20 voluntarios analizados. Para determinar con exactitud la influencia de los polimorfismos del gen CYP2D6 en su actividad debrisoquina hidroxilasa, se seleccionaron 23 voluntarios del grupo en estudio que presentaban genotipos relevantes, los cuales debieron ingerir el marcador metabólico debrisoquina. Se recolectaron las muestras de orina de 0-8 horas y se analizaron a través de HPLC. Presentaron el fenotipo esperado 18 voluntarios, de los cuales el más relevante es el genotipo *4/*4 que presentó una actividad catalítica muy disminuida en comparación al grupo wt/wt. Se obtuvo una correlación genotipo-fenotipo para algunos voluntarios logrando el objetivo fundamental que busca un estudio farmacogenético, es decir, la determinación de la respuesta individual
Estudio de los mecanismos de fotorreducción y fotooxidación de derivados de oxoisoaporfinas

La 7H-benzo[e]perimidin-7-ona (3-AOIA, A1), y 2-metil-7H-benzo[e]perimidin7-ona (2-Me-3-AOIA, A2) son fotoestables cuando son irradiados a una longitud de onda de 366 nm en presencia de oxígeno. Sin embargo, en soluciones saturadas con Ar o N2, en presencia de una amina terciaria capaz de donar H- como trietilamina (TEA) o tripropilamina (TPA), fotorreducen eficientemente desde el estado triplete excitado de los sustratos. El mecanismo de la fotorreacción involucra la transferencia secuencial de electrón-protón-electrón formando un único fotoproducto metaestable, AH , que regenera los sustratos originales en la oscuridad, proceso que es acelerado por la admisión de oxígeno al medio. Estas fotorreacciones no ocurren con aminas no donoras de H-, como 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO) o 2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TMP) debido a que no existen H- disponibles para ser transferidos durante las fotorreacciones. Sin embargo, las aminas no donoras de H- por transferencia de electrón fotoinducida, generan eficientemente los aniones radicales de los sustratos, A− , detectables por láser flash fotólisis. Durante la fotólisis estacionaria, en presencia de aminas donoras de H-, es posible observar grandes cambios en los espectros de absorción, con la aparición de nuevas bandas de absorción y múltiples puntos isosbésticos, indicando claramente la formación de un sólo fotoproducto, como se comprobó por 1HRMN. Los desplazamientos químicos y el intercambio isotópico regioselectivo D/H observados en las posiciones 4 y 6 de las moléculas, indican que los fotoproductos metaestables de las 3-aza-oxoisoaporfinas se encuentran hidrogenados sobre el átomo de oxígeno, con la carga negativa deslocalizada en los anillos aromáticos de las moléculas. Los intermediarios transientes de estas fotorreacciones fueron caracterizados completamente por láser flash fotólisis y radiólisis de pulso, identificándose los estados triplete excitados de los sustratos (3A * ), los aniones radicales (A ) generados en presencia de TMP y DABCO, y los radicales hidrogenados (AH ) generados en presencia de TEA. La identidad de los transientes fue comprobada comparando sus espectros con los obtenidos por radiólisis de pulso, usando distintos solventes y gases de saturación. De los estudios presentados, se puede concluir que el mecanismo de fotorreducción es el mismo que presentan derivados previamente estudiados, pero la presencia de un segundo átomo de nitrógeno en las 3-aza-oxoisoaporfinas, induce la protonación preferencial del oxígeno carbonílico de estos, y aumenta notoriamente el rendimiento cuántico de la fotorreducción. Los cations radicales de las oxoisoaporfinas, 3-aza-oxoisoaporfinas y 2,3- dihidro-oxoisoaporfinas fueron generados y caracterizados espectroscópicamente por la reacción térmica en presencia de TCNE, cuyos espectros son prácticamente idénticos a los obtenidos por radiólisis de pulso en 1,2-dicloroetano saturado con Ar. El papel de estos derivados de oxoisoaporfina como fitoalexinas podría estar asociado a estos cationes radicales.
TMBIM3/GRINA: un gen regulado por la respuesta a proteínas mal plegadas (UPR) que inhibe la apoptosis mediante la modulación de la homeostasis del calcio

La familia de proteínas TMBIM (del inglés TransMembrane Bax-Inhibitor 1 Motive) es altamente conservada y ha sido pobremente caracterizada. Los genes de la familia TMBIM están presente en mamíferos, insectos, plantas y virus y no presentan homología aparente con los miembros de la familia BCL-2, los cuales clásicamente han sido reconocidos como los reguladores maestros de la muerte celular programada. Al igual que para los miembros de la familia BCL-2, para algunos miembros de la familia TMBIM ha sido descrito que presentan actividad antiapoptótica y la capacidad de modificar la homeostasis del Ca2+. El miembro más estudiado de la familia TMBIM es TMBIM6/BI-1. Esta proteína puede inhibir la muerte celular bajo condiciones de estrés de RE, el cual es una condición inducida por la acumulación de proteínas mal plegadas en el interior del RE. El miembro de la familia TMBIM menos estudiado es TMBIM3/GRINA y existen antecedentes de que se expresa principalmente en el sistema nervioso central. Sin embargo, se desconoce si comparte alguna de las actividades descritas para los miembros de la familia TMBIM. En esta tesis, se propuso estudiar el papel de TMBIM3/GRINA en la muerte inducida por estrés de RE. La hipótesis propuesta fue determinar si TMBIM3/GRINA puede inhibir la muerte celular inducida por estrés de RE mediante un mecanismo dependiente del control de la homeostasis del Ca2+. Los resultados obtenidos muestran que TMBIM3 inhibe la muerte celular inducida por estrés de RE y la apoptosis mediada por sobrecarga de Ca2+, sin afectar la muerte celular inducida por estímulos intrínsecos de apoptosis. La disminución de la expresión de TMBIM3 en células deficientes en TMBIM6 indujo apoptosis espontánea, lo cual podría sugerir actividades antiapoptóticas complementarias. Los niveles del ARNm de tmbim3 son altamente incrementados bajo condiciones de estrés de RE, tanto en modelos celulares, como en modelos animales. Esta regulación de los niveles del ARNm de tmbim3 son controlados por la vía de PERK/ATF4, la cual es activada bajo condiciones de estrés de RE. Además, TMBIM3 controla la homeostasis del Ca2 e interactúa físicamente con el receptor de IP3, lo cual podría explicar su actividad antiapoptótica bajo condiciones de estrés de RE. Estudios de pérdida de función en D. melanogaster revelaron que TMBIM3 y TMBIM6 tienen actividades sinérgicas respecto a la protección frente a estrés de RE. De manera similar, la deficiencia de TMBIM3 en embriones de pez zebra generó apoptosis espontánea durante el desarrollo y drásticas alteraciones en la morfología del cerebro y la viabilidad neuronal. Además, la sobreexpresión de TMBIM3 protegió a los embriones de pez zebra en condiciones experimentales de estrés de RE. Todos estos resultados permiten establecer un rol crítico de TMBIM3 en el control de la apoptosis inducida por estrés de RE, lo cual sugiere la existencia de un grupo conservado de reguladores funcionales de la muerte celular, más allá de la familia de proteínas BCL-2
Estudios computacionales de la interacción proteína-ligando en el sistema CDK2/Ciclina A

En esta tesis se presentan varias aproximaciones computacionales aplicadas al estudio de las interacciones proteína-ligando en el sistema enzimático CDK2/Ciclina A (Cyclin Dependent Kinase 2/Cyclin A). Los métodos computacionales utilizados están dirigidos a estudiar la afinidad, por el sitio activo del ATP (Adenosin Trifosfato) en la CDK2, de un grupo de moléculas derivadas de las O6-ciclo-hexil-metil-purinas N2-sustituidas. Primero, por medio de cálculos realizados con el método ONIOM (Our own N-layered Integrated molecular Orbital and Molecular mechanics), se han logrado caracterizar energéticamente dos de las tres interacciones de puente de hidrógeno, de un grupo de inhibidores, con la región bisagra de la CDK2. Se discute principalmente la influencia de la geometría de los puentes de hidrógeno en las energías obtenidas y se comparan los resultados obtenidos con el método ONIOM con resultados obtenidos con niveles de cálculo MP2 en los mismos modelos. Luego, la afinidad de un grupo de moléculas de la misma familia se trata de explicar utilizando un descriptor obtenido con los métodos de cálculo híbridos QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics). Por medio de éste método se logró obtener un descriptor de las interacciones de cada inhibidor dentro del sitio activo de la CDK2 y que puede ser utilizado como un índice de la actividad biológica, al menos dentro del grupo de moléculas estudiadas que pertenecen a una misma clase. A partir de las estructuras obtenidas de las dinámicas moleculares ha sido posible caracterizar interacciones de puente de hidrógeno entre algunos de los inhibidores y los aminoácidos de la “superficie especifica” de la CDK2, que antes no habían sido reportadas. Una partición de la energía de interacción en sus componentes de van der Waals y electrostática, permite discutir más detalladamente la importancia de cada componente en la interacción proteína-ligando. Finalmente, con la obtención de estructuras de mínima energía a partir de los cálculos QM/MM y con la construcción de modelos más completos a partir de estas, pudimos aplicar los índices de blandura local y regional en la interacción de cada inhibidor con la región bisagra, los cuales fueron obtenidos con dos aproximaciones diferentes (orbitales moleculares frontera y la densidad de estados), y estos ayudan a clasificar las interacciones de los inhibidores con la región bisagra dentro del principio de ácidos y bases duras y blandas (HSBA). Se espera que estás metodologías puedan ser mejoradas y aplicadas a la interacción proteína-ligando en otros sistemas biológicos de interés en la química medicinal actual.
Inhibición de la Síntesis de Glutatión como Estrategia para Potenciar el Efecto de Drogas Antichagásicas en Modelos In Vitro de la Enfermedad de Chagas

La enfermedad de Chagas constituye uno de los principales problemas en salud pública en América Latina. Las drogas disponibles en la actualidad para el tratamiento, Nifurtimox y Benznidazol no presentan una respuesta clínica satisfactoria. El mecanismo de acción de estas drogas es mediante la generación de radicales libres y/o metabolitos electrofílicos. Al respecto, el Glutatión (GSH) y su conjugado con espermidina, Tripanotión (T(SH)2), constituyen los principales mecanismos de defensa antioxidante del parásito. L-Butionina-(S,R)-Sulfoximina (BSO) inhibe la síntesis de GSH y (T(SH)2), y potencia el efecto tripanocida del Nifurtimox y Benznidazol en modelos in vitro de la enfermedad de Chagas. A dosis de 500 µM de BSO se observa una disminución de más de un 80% de tioles en todas las formas del parásito. En epimastigotes, BSO 500 µM disminuyó los ICKc50 (dosis inhibitoria 50 para la constante de crecimiento) de Nifurtimox o Benznidazol en un 60%, resultado similar se observó al evaluar la viabilidad de los epimastigotes midiendo la reducción de MTT ([3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil tetrazolium bromuro). Al tratar tripomastigotes de Trypanosoma cruzi con BSO 500 µM y Nifurtimox se observó una disminución del IC50 medido por la reducción de MTT de 7,68 µM a 3,01 µM y al asociar Benznidazol con BSO 500 µM el IC50 disminuyó de 33,07 a 3,84 µM. En células Vero infectadas con amastigotes, BSO 25 µM fue capaz de potenciar el efecto de Nifurtimox y Benznidazol. Nifurtimox a concentración de 0,5 µM, el índice endocítico (porcentaje de células infectadas multiplicado por el promedio de amastigotes intracelulares) disminuyó de 2.500 a 980 cuando se agregó BSO 25 µM. Un resultado similar se observó cuando se asoció Benznidazol con BSO 25 µM. En ratones infectados con Trypanosoma cruzi, el tratamiento sólo con BSO, no aumentó la sobrevida de los animales; no obstante a ello, se observa una disminución significativa de la parasitemia a la dosis de BSO 1000 µmoles/Kg/día. Al asociar esta dosis de BSO con Nifurtimox o Benznidazol, no se observa un aumento en la sobrevida o una disminución significativa en las parasitemias. Los resultados in vitro, indican que la potenciación de Nifurtimox o Benznidazol por BSO podría disminuir las dosis clínicas de ambas drogas y disminuir los efectos secundarios o la duración de la terapia, no obstante los resultados in vivo no se orientan en el mismo sentido.
Estudio de propiedades fisicoquímicas de polilelectrólitos aniónicos en solución como potenciales reservorios de sustratos farmacológicos

En este trabajo se estudio la capacidad de retención de sustratos farmacológicos, tipo nitroimidazoles, que presentan polielectrólitos aniónicos en disolución acuosa. Estos polielectrólitos tienen la capacidad de generar microdominios hidrofóbicos en disolución acuosa y, por consiguiente, se presentan con una alta potencialidad para actuar como reservorios de fármacos. Los polielectrólitos utilizados fueron las sales potásicas del poli(ácido maléico-co-olefinas) y las sales sódicas del poli(ácido maléico-co-vinil-2-pirrolidona), funcionalizadas con aminas y alcoholes de longitudes de cadena variable. Como sustratos se uso una serie homologa de derivados del 2-metil-5-nitroimidazol, de interés farmacológico. La determinación de los microdominios hidrofóbicos, generados por los polielectrólitos utilizados, se realizo en función de la concentración polimérica y del pH del sistema. Para el efecto, se utilizó pireno como sonda fluorescente, en experimentos de fluorescencia en estado estacionario y dependiente del tiempo. Los resultados obtenidos en el estudio realizado se expresan en términos de los valores de la constante de reparto, para la distribución de los sustratos nitroimidazólicos entre la fase acuosa y los microdominios hidrofóbicos formados. A partir de los valores de las constantes de reparto se evaluó las energías libres para el proceso de transferencia de los sustratos desde la fase acuosa hacia la microfase polimérica. Todos estos resultados llevaron a establecer una relación entre la estructura de la macromolécula y su capacidad como sistemas reservorios de sustratos farmacológicos.
Regulación de la secreción neuronal de la hormona liberadora de tirotropina en el núcleo paraventricular del hipotálamo : participación de la neurotransmisión glutamatérgica y gabaérgica y sus cambios por la exposición al frío

Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al grado académico de Doctor en Farmacología
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