ESCUELA DE DOCTORADO

 
Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá
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FUNCTIONAL NANOSTRUCTURED MATERIALS FOR TECHNOLOGICAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS / MATERIALES FUNCIONALES NANOESTRUCTURADOS PARA APLICACIONES TECNOLÓGICAS Y BIOMÉDICAS
Autor/aAmariei , Georgiana
DepartamentoQuímica Analítica,quím.física e Ing.quím
Director/aRosal García, Roberto
Codirector/aLetón García, Pedro
Fecha de defensa09/04/2019
CalificaciónSobresaliente Cum Laude
ProgramaHidrología y Gestión de los Recursos Hídricos (RD 99/2011)
Mención internacionalSi
Resumencarcinoma epitelioide de cuello uterino, HeLa, y células epiteliales de córnea humana, HCEpC. Se determinó que es posible preparar nanofibras estables en agua a partir PAA/PVA mediante curado térmico a 140 °C gracias a la formación de enlaces anhídrido, cetona y éster. Se pudieron obtener nanofibras estables y con morfología suave utilizando una proporción de PAA mayor del 35% en peso sobre el material seco final, con una tendencia a la absorción de agua que disminuye con el contenido de PAA. Por otro lado, las fibras de PAA/PVA se utilizaron como base de funcionalización para la creación de materiales compuestos. Para ello se anclaron dendrímeros poliamidoamina (PAMAM-NH2) de generaciones 3 y 5 mediante la formación de enlaces amida con los grupos carboxilo de PAA usando un agente de acoplamiento. Se consiguieron anclar hasta 2.3-6.5 µmol de dendrímero por gramo de membrana. Los materiales de PAA/PVA injertados con dendrímeros PAMAM se utilizaron para la encapsulación de productos químicos hidrófobos para lo que se aprovecharon las cavidades internas no polares de los dendrímeros. Se estudió la encapsulación de tolueno, como ejemplo de contaminante acuoso de bajo peso molecular, y timol, compuesto antioxidante de interés para aplicaciones de liberación controlada. Los resultados experimentales se compararon con cálculos computacionales que permitieron determinar el número de moléculas incluidas en las cavidades internas del dendrímero o unidas a su superficie del mediante interacciones secundarias. Los materiales basados en PAA mostraron una actividad antimicrobiana importante, particularmente contra Staphylococcus aureus que se atribuyó a la quelación de los cationes divalentes que estabilizan las envolturas externas de las paredes celulares bacterianas por parte de los grupos carboxilato del PAA. El daño en las membranas bacterianas se evidenció en una la disminución del calcio intracelular y fue mayor para las fibras con mayor contenido de PAA y para las bacterias Gram positivas con respecto a las Gram negativas. Las membranas PAMAM-PVA/PAA mostraron una gran capacidad antibacteriana debido a la carga positiva de los dendrímeros, que interactúan con las membranas biológicas cargadas negativamente. El daño en la membrana celular pudo identificarse como la causa principal del efecto antibacteriano. Los hilos PAMAM-PAA/PVA se mantuvieron esencialmente libres de colonización bacteriana incluso tras el contacto prolongado con cultivos de bacterias en crecimiento exponencial. Las fibras de PAA/PVA se utilizaron también para la inmovilización de los AMPs nisina, lisozima y ¿-poli(L-lisina). El autoensamblaje electrostático fue favorecido por condiciones de pH que maximizan la interacción electrostática entre los hilos de PAA/PVA, con carga negativa, y los péptidos, con carga positiva. Los resultados mostraron péptidos distribuidos homogéneamente en toda la red fibrosa y cuyo efecto antibacteriano fue función de la movilidad del péptido a su vez determinado por el pH del medio externo. Los mejores resultados se obtuvieron para la lisozima, cuando se produjeron fibras libres de crecimiento microbiano incluso después de dos semanas en contacto con sus cultivos. Como conclusión, este estudio demostró la posibilidad de producir nanofibras poliméricas electrohiladas estables en agua a partir de mezclas de PAA/PVA para crear materiales con actividad antibacteriana que pueden usarse también como soportes para la unión de moléculas activas mediante estrategias de post-funcionalización. Los materiales nanofibrosos se mostraron como materiales capaces de interactuar con moléculas no polares presentes en el medio externo, así como para la liberación controlada de sustancias activas. Los resultados mostraron el potencial de las fibras electrohiladas preparadas con materiales ambientalmente benignos para crear membranas, apósitos y soportes nanofibrosos para una variedad de aplicaciones tecnológicas y biomédicas.