Tesis Doctorals - Departament - Farmàcia, Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica

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Caracterització i avaluació de l'eficàcia de formulacions tòpiques de flurbiprofè vehiculat en sistemes nanoestructurats
(Universitat de Barcelona, 2025-09-26) El Bejjaji Bouzbita, Sheimah; Calpena Campmany, Ana Cristina; Parra Coca, Alexander; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[cat] Aquesta tesi doctoral té com a objectiu el desenvolupament i la caracterització de formulacions tòpiques de flurbiprofè vehiculat mitjançant sistemes nanoestructurats. Es van formular suspensions i hidrogels a partir de nanopartícules de flurbiprofè, liofilitzades amb D-(+)-trehalosa o polietilenglicol 3350 (PEG-3350) i esterilitzades mitjançant irradiació gamma. A partir d’aquestes suspensions es van obtenir hidrogels nanocompostos mitjançant la seva incorporació en una base de Sepigel 305®. Es van caracteritzar a nivell fisicoquímic i es va estudiar el perfil i la cinètica d’alliberament del fàrmac, la seva capacitat de permeació ex vivo a través de pell humana, porcina i bovina. La seguretat cutània es va avaluar in vivo en voluntaris sans mitjançant l’aplicació de nanopartícules sense fàrmac. Els resultats van confirmar l’estabilitat química de les formulacions i unes propietats mecàniques adequades per a l’aplicació tòpica. Els assaigs de permeació van mostrar diferències significatives segons el crioprotector emprat: els gels amb PEG-3350 van presentar una millor permeació en pell humana i porcina, així com una extensibilitat superior, mentre que els formulats amb TRE van ser més eficaços en pell bovina. La suspensió i l’hidrogel amb PEG-3350 es van sotmetre a estudis d’eficàcia. La seva aplicabilitat es va avaluar com a tractament preventiu de la resposta inflamatòria associada a perforacions cutànies, mitjançant l’aplicació prèvia al procediment. Es va analitzar la retenció cutània, l’estabilitat a diferents temperatures, la citotoxicitat in vitro, els canvis histològics i el potencial irritatiu. Ambdues formulacions van reduir significativament la inflamació respecte als controls, sense evidència de citotoxicitat ni alteracions estructurals, mostrant un alt potencial per a l’ús clínic i veterinari.
Multiscale modelling of light harvesting, catalysis and ligand binding in biosystems
(Universitat de Barcelona, 2025-03-27) Özaydin, Beste; Curutchet Barat, Carles E.; Juárez Jiménez, Jordi; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] Biological processes are driven by dynamic mechanisms occurring across various timescales, from molecular interactions to large-scale conformational changes. This thesis explores how multiscale simulation techniques, integrating QM, MM, and QM/MM methods reveal the interplay of biological processes across different temporal and spatial scales, unraveling the dynamic mechanisms behind photosynthetic light harvesting, ligand-receptor interactions, and enzyme catalysis. In chapter 4 we explore the excitonic properties of photosynthetic pigment-protein complexes, specifically the Hemiselmis virescens PC612 and Chroomonas sp. PC645, which exhibit open and closed quaternary structures, respectively. Using a dual molecular dynamics (MD) protocol that combines classical MD and Born- Oppenheimer QM/MM simulations, we analyze the influence of thermal dynamics on excitonic interactions and spectral properties. The findings highlight the critical role of thermal fluctuations in shaping the light-harvesting efficiency of PC645, while PC612 demonstrates minimal spectral sensitivity to such effects. These results emphasize the importance of incorporating thermal effects in studying photosynthetic complexes and pave the way for future investigations into their structural and functional dynamics. In chapter 5 we address the structural and functional characterization of Imidazoline type 2 receptors (I2-IRs), which are emerging as potential therapeutic targets for neurodegenerative procesess like Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. Despite their therapeutic promise, little is known about their structural biology and ligand-binding mechanisms. Combining MDmix simulations, molecular docking, and MD simulations, we identified six new putative binding sites for the canonical I2 ligand 2-BFI across seventeen proteins highlighted in previous proteomics studies. This comprehensive approach not only recovered known binding sites, such as that in monoamine oxidase B (MAO-B), but also revealed novel interaction hotspots, offering novel insights into the structural biology of I2-IR and paving the ground for future drug development. Finally in chapter 6 we focus on the catalytic mechanism of dopamine oxidation by MAO-B and its allosteric modulation by 2-BFI. Combining extended MD simulations and ONIOM QM/MM methodologies, we investigated the hydride transfer mechanisms of dopamine oxidation, direct and two-step pathways. The results highlight the critical role of dopamine's orientation, electrostatic interactions, and stabilization in facilitating reaction intermediates. Additionally, 2-BFI was found to alter dopamine’s conformational preferences and potentially modulate the catalytic reaction through allosteric mechanisms. These findings contribute to understanding 2-BFI’s functional role as both a modulator of MAOB. This thesis integrates computational approaches across various scales and biological systems to uncover critical insights into light harvesting, enzymatic catalysis, and ligand-receptor interactions, advancing the understanding of fundamental biological processes and their potential biomedical and biotechnological applications.
Development and application of computational methods to address current challenges in drug discovery
(Universitat de Barcelona, 2025-10-11) Serrano Morrás, Álvaro; Galdeano Cantador, Carlos; Barril Alonso, Xavier; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] The recent advances in drug discovery have introduced many opportunities to solve previously unattainable medical needs, such as targeted protein degradation as a new drug modality. These opportunities challenge the status quo of the methodologies currently in use. Computational methodologies can help alleviate these challenges, and have been steadily growing in reliability and importance in drug discovery. In particular, I have performed a ligandability assessment of a set of 23 E3 ligases using mixed organic solvent molecular dynamics. E3 ligases are the main recognition component of the ubiquitin-mediated degradation machinery of the cell. Despite their crucial role for targeted protein degradation applications, they are widely considered undruggable and only a few have been employed. We aimed to expand the available E3 toolbox proposing a set of novel ligandable pockets, and validated them prospectively on FBW7, an E3 ligase of high pharmacological interest due to its implication in many cancer lines. We found a family of FBW7 allosteric modulators that reduces the levels of c-MYC in cells in a FBW7 and proteasome dependent manner. I evaluated its potential mechanism of action through a conformation analysis of the holo and apo forms of the SCFFBW7 complex. Finally, I performed a virtual screening to generate analogues of the FBW7 modulators to perform a SAR study. The use of virtual libraries to perform in silico hit identification has proven to be a successful alternative to high-throughput screening. The size of such libraries has grown exponentially the last years, especially since the appearance of ultra-large on-demand chemical libraries, reaching 1011 compounds. These ultra-large libraries provide a high chemical diversity and depth, which offer the opportunity to finding highly potent molecules in the early stages, alleviating the needs for hit optimization. However, current virtual screening technologies are not yet adapted to perform under such library sizes. I have developed a pipeline to efficiently explore the ultra-large on-demand chemical libraries from the bottom-up. Firstly, exhaustively screening the fragment space, identifying interesting scaffolds to grow. Then, performing a substructure search in the ultra-large spaces, recovering all the drug-like molecules with the selected scaffolds and docking them tethering the scaffold. Reducing the space to evaluate, allowed to allocate computational resources for more sophisticated post-docking methodologies such as Dynamic Undocking (DUck). We have validated the approach finding BRD4 inhibitors by growing scaffolds selected from three different scenarios: (i) computationally found scaffolds, (ii) crystallized scaffolds, and (iii) scaffolds derived from drug candidates. We obtained a high ratio of diverse and potent hits, 16 having IC50 comparable to the drug candidate (+)-JQ1. Coupled with a more efficient chemical space exploration algorithms, quick and accurate predictions of protein-ligand binding free energies are crucial to harness the opportunities presented by the ultra-large libraries. I have assessed the use of DUck as a fast tool for relative binding free energy calculations and activity cliff identification on different congeneric series of HSP90, CDK2 and BACE1 inhibitors. I defined and demonstrated the applicability domain of the method for compound series that follow a one-step dissociation barrier, and have a high and converged first dissociation barrier. Despite the new successful applications of the DUck framework, the current implementation, very rigid and dependent on licensed programs, hinders the widespread use of the methodology. I have developed and validated OpenDUck, an open-source python library to facilitate the creation of new applications within the DUck framework. The results obtained are highly reproducible between the different conditions and with the original DUck implementation, moreover, the usage of HMR coupled with a smaller box has led to a significant reduction in the simulation time. Finally, I have evaluated the use of the Crooks fluctuation theorem for free energy calculations from non-equilibrium simulations in CRBN-CK1a-lenalidomide ternary complexes and HSP90 protein-ligand complexes. I evaluated the performance and convergence at different speeds and sampling iterations, obtaining similar accuracy in 50 times less simulation time.
Development and Evaluation of Novel Baricitinib Formulation for Psoriasis Treatment
(Universitat de Barcelona, 2024-12-13) Mohammadi Mey Abadi, Roya; Calpena Campmany, Ana Cristina; Mallandrich Miret, Mireia; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] This doctoral thesis investigates the development of a lipid-based topical formulation of baricitinib for treating psoriasis, a chronic inflammatory skin condition. Psoriasis affects millions globally and presents with red, scaly patches on the skin. While oral baricitinib, a Janus kinase (JAK) inhibitor, is used for autoimmune diseases like psoriasis, it can lead to systemic side effects. To address this, the research aims to create a topical formulation that targets affected skin, reducing systemic exposure and associated risks. The main objective of the study was to develop a topical formulation of baricitinib. The first phase involved assessing the solubility of baricitinib in different solvents and excipients, identifying those that would enhance skin permeability. The second phase focused on formulating and characterizing a stable topical product, evaluating its physical and chemical properties, and testing its efficacy and tolerability in a psoriasis model. Baricitinib showed poor solubility in water, a challenge for creating an effective topical treatment. However, the permeation enhancer Transcutol proved effective, increasing baricitinib’s solubility and penetration in skin tissues. This solvent allowed the drug to remain stable for at least a week, making it suitable for further formulation development. The lipid-based formulation (BCT-OS) was developed using excipients like Transcutol P, Labrafac Lipophile, and Lauroglycol 90 / Surfadone, chosen for their solubilizing and permeation-enhancing properties. The formulation was stable, had a skin-appropriate pH, and showed favorable rheological behavior for easy application. In vitro studies revealed that 80% of the drug was released from the formulation, while ex vivo permeation studies demonstrated that most of the drug remained in the skin, indicating potential for targeted treatment. The formulation’s efficacy was tested in an imiquimod-induced psoriasis model in mice. The results showed a significant reduction in common psoriasis symptoms, such as skin thickening, erythema, and edema. These findings confirmed baricitinib’s anti-inflammatory properties, facilitated by the inhibition of the JAK-STAT pathway, were effectively delivered through the topical formulation. The treatment also helped restore skin structure, alleviating symptoms. The formulation’s tolerability was confirmed through tests showing improved skin barrier function, with reduced transepidermal water loss and increased stratum corneum hydration. Histopathological analysis indicated no irritation or inflammation after application, confirming its safety for long-term use. The success of this formulation lies in the enhanced solubility of baricitinib achieved through the use of Transcutol. The lipid-based system enabled effective drug retention in the skin, limiting systemic exposure. In vivo studies further demonstrated the formulation’s therapeutic potential, significantly reducing psoriasis markers and restoring skin health. In summary, this research successfully developed a stable, effective, and well-tolerated topical formulation of baricitinib for psoriasis. The formulation’s localized action reduces the risks of systemic side effects, making it a promising candidate for future clinical studies. This innovation offers a new approach to treating psoriasis, improving patient outcomes and quality of life.
Exploring novel therapeutic modalities. Targeting relevant proteins in cancer
(Universitat de Barcelona, 2024-10-15) Bertran Mostazo, Andrea; Galdeano Cantador, Carlos; Barril Alonso, Xavier; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] Only a small portion of the human proteome is pharmaceutically accessible based on traditional pharmacology approaches. Most proteins, for example transcription factors, scaffolding proteins and non-enzymatic proteins, are still nowadays considered undruggable. This obeys to several major reasons: the lack of functional binding sites on these proteins, the assumption of the occupancy-driven paradigm, whereby therapeutic efficacy and pharmacologically relevant inhibition is mostly achieved upon >90 % target engagement and the lack of tools to identify novel hit molecules. Novel pharmacological modalities are needed to address the plethora of still unmet clinical needs. In this thesis, we present three different projects aiming to increase the druggable proteome. Since drug discovery is a long, tedious and expensive process, it is crucial to develop initial hits with high probabilities to success. The combination of computational and biophysical approaches enables the identification of a high number of hits (computationally) and a proper characterisation (biophysically) of the selected candidates to advance them through the drug discovery process. E3 ligases have a crucial role in the ubiquitin-proteasome system, by recruiting specific substrates for proteasomal degradation. They have been described to be relevant in many diseases. The development of targeted protein degradation (TPD) approaches has also raised E3 ligases as attractive candidates for drug discovery. Even though there are more than 600 E3 ligases in human, there are very few examples of E3 ligases targeted for both TPD strategies or its own modulation. Following a computational structure-based approach, our lab previously identified several ligands binding allosterically to the FBXW7 E3 ligase. In this thesis, we aim to evaluate the biological effect and to disentangle the mechanism of action of the previously identified allosteric ligands of the FBXW7 E3 ligase. Pharmacological modulation of the epigenetic TET2 enzyme has a huge potential in cancer treatment. On one hand, activation and inhibition of TET2 could impede cancer progression and tumour relapse respectively. On the other hand, downregulation of TET2 could increase the efficacy of CAR-based cell therapies. Our lab previously identified novel small-molecules able to bind allosterically to the TET2 epigenetic enzyme. In this scenario, we aim (i) to biophysically characterise novel series of TET2 allosteric ligands, and (ii) to develop TET2-based PROTACs that could be beneficial for the development of CAR-based therapies using some of these previously identified allosteric TET2 ligands. Exhaustive drug discovery programs are needed to obtain a promising drug candidate. Therefore, there is a huge need of more and better initial hits, to increase the probabilities to success. On-demand chemical collections have emerged as a transformative resource for the drug discovery pipeline, facilitating the access to the chemical space and expecting to have available trillions of molecules in the following years. Despite the huge potential of these collections, adequate tools are needed to navigate these databases. Our lab has developed a pipeline to explore and navigate the massive collections of chemical entities. To validate the method, the lab has applied it to identify ligands for a highly studied test target, BRD4 (BD1). The aim of this work is to validate the hits obtained through the computational platform using a set of orthogonal biophysical techniques.
Theoretical study of the interplay between structure and spectroscopy in biosystems
(Universitat de Barcelona, 2024-12-13) Cunha, Renato Dias Da; Curutchet Barat, Carles E.; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] The interplay between structure and spectroscopy in biosystems is an important scientific challenge to understand a variety of mechanisms underlying protein function in life sciences, a challenge that requires the smart combination of diverse methodologies, from excited state methods to biomolecular simulation techniques. By employing multiscale approaches combining classical molecular dynamics (MD), enhanced sampling techniques, continuum solvation models and quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) methods, this doctoral thesis aims at advancing in this field by applying multiscale approaches to characterize the structural and photophysical properties of different systems of interest. The thesis contains a methodological part addressing the parametrization of the linear-scaling ddCOSMO- MST continuum solvation models aimed at tackling large biomolecular systems. A second part applies the MST continuum model and atomistic simulations to characterize the structural and aggregation properties of napthenic acids. Then, the thesis addresses the application of multiscale approaches to study two paradigmatic examples of interrelation between structure and spectroscopy in biosciences, the molecular basis for photoacclimation and light harvesting in cryptophyte photosynthetic complexes (PC577 and PE545) and the development of strategies to study the conformational preferences of intrinsically disordered proteins like Sic1, which can then be assessed by comparison of simulated and observed Förster resonance energy transfer (FRET) spectroscopic data. These applications serve as an example for the challenges faced by current biomolecular theoretical spectroscopy, in photosynthesis related to the complexity of exciton dynamics in pigment-protein complexes, whereas in disordered proteins difficulties are related to the efficient and accurate exploration of the conformational space.
Atomic force microscopy to elucidate lipid membranes enhanced by engineered liposomes
(Universitat de Barcelona, 2022-03-21) Botet Carreras, Adrià; Borrell Hernández, Jordi; Domènech Cabrera, Òscar; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] The research in this thesis aimed to study and generate an engineered formulation that can fuse with cell membranes and carry drugs or other compounds into cells. HeLa cells were chosen as the target cells and prior to their use, a model membrane mimicking the lipid membrane of HeLa cells was developed. Starting from the basic components and using a bottom-up approach, different phospholipids were studied and compared to identify the construction blocks of liposomes and assess the effects of cholesterol on these phospholipids. After selecting the desired composition, a membrane model mimicking the HeLa cell membrane was developed to test its fusion with the engineered liposomes and to understand the fusion process before starting in vitro assays with living HeLa cells. In the in vitro assays, the engineered liposomes were able to fuse with the cell membrane as well as carry and liberate a model drug (methotrexate) into the cells, demonstrating that the engineered liposomes can work efficiently as nanocarriers. Across the entire thesis, one technique was constantly used, atomic force microscopy (AFM). This technique enables the study of the smallest samples, such as lipid monolayers, as well as larger samples, like HeLa cells. AFM can also be used to obtain the physicochemical properties of samples using the force spectroscopy mode, allowing the analysis of samples and providing insight into the nanomechanics of the samples studied. Several techniques were used in this thesis, including the application of a Langmuir-Blodgett trough to study the physicochemical properties of lipids, fluorescence resonance energy transfer (FRET) to determine the fusion of the engineered liposomes, visualization techniques like AFM and confocal microscopy, as well as viability assays to test the toxicity of the engineered liposomes to HeLa cells. Finally, we demonstrated the ability of the engineered liposomes to fuse with cells, acting as nanocarriers based on their physicochemical properties. The ability of the membrane model to mimic the HeLa cell lipid membrane was also validated.
Molecular recognition and chemical space navigation in drug discovery
(Universitat de Barcelona, 2021-05-11) Piticchio, Serena; Barril Alonso, Xavier; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] Efficient discovery of bioactive molecules is an essential goal of Computer-Aided Drug Design (CADD). The molecules can be used as chemical probes, to validate novel targets, or as starting points for drug discovery. This endeavour is particularly challenging in the case of proteins that are considered undruggable or for which no ligands are known. These are precisely the type of proteins that must be targeted in order to expand the “druggable genome” and extend the range of therapeutic opportunities. CADD tools available nowadays are numerous but have limitations that must be overcome in order to improve the efficacy and efficiency of drug discovery. Particularly because they should also be able to exploit non-standard sites, such as protein-protein interfaces, allosteric sites or cryptic pockets. They should also be adapted to address specific needs in the drug discovery process. Finally, they can be used to gain a fundamental understanding of the behaviour of molecular systems and the rules of molecular recognition that govern the recognition of a drug by its target. In this thesis, I have explored each one of these aspects. Initially, I developed an automatic pipeline that can be used in Fragment-Based Drug Discovery (FBDD) to navigate the “fragment chemical space”. Starting from a fragment hit with a known binding mode to its target, the platform automatically seeks non-obvious analogues (scaffold hops) within large chemical collections, delivering fragment hits, with novel structures that would, otherwise, be missed. I validated the platform using a fragment hit of the first bromodomain of the Bromodomain-containing protein 4 (BRD4) taken from the literature as a starting point. The platform identified multiple fragments with novel scaffolds and excellent ligand efficiencies. For some, their binding modes could be corroborated experimentally. The optimized fragment identified in the first study allowed us to investigate the unusual behaviour of structural water molecules in BRD4(1) and their role in molecular recognition. Paradoxically, a hydrophobic binding hot spot of BRD4(1) is lined with water molecules. A series of compounds were derived to probe the preference of this site for chemical groups with various degrees of polarity. Molecular dynamics (MD) and free energy calculations allowed us to rationalize the experimental results. I have then used de novo design (DND) methods to further grow the most active fragment into a very potent and efficient drug-like BRD4 ligand. Finally, I have discovered the first ever described inhibitors of the Three Prime Repair Exonuclease 2 (TREX2) protein.
Biophysical and structural approaches to discover small-molecule modulators of challenging targets in cancer
(Universitat de Barcelona, 2021-10-25) Martínez Cartró, Míriam; Barril Alonso, Xavier; Galdeano Cantador, Carlos; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] Advances in structural and molecular biology have increased the knowledge of relevant and undrugged targets and have favoured the rational development of novel drugs through structure- based drug design (SBDD). Computational techniques are widely employed in SBDD, resulting as inexpensive, rapid and efficient tools for hit discovery and optimization. Hits from computational approaches have then to be assessed experimentally. Biophysical techniques are ideal candidates for hit validation, since they can directly study compound binding to a particular target. Biophysical techniques can provide deep knowledge of target-compound interactions ranging from binding assessment to binding site determination or information about the atomic structure of the target- compound complex. Overall, the combination of computational and biophysical techniques is a strategy that can enhance our ability to modulate challenging and undruggable targets in early-stage drug discovery. E3 ligases have been described as relevant targets in cancer. Besides, the irruption of the targeted protein degradation technology has situated this target family in the forefront. In the present thesis we have applied a structure-based approach in order to study E3 ligases ligandability. This study has provided valuable information of the binding preferences of the studied proteins, while illustrating the possibility to increase the number of binders of these challenging family. Being FBW7 E3 ligase one of the most mutated proteins in cancer, we have used the previous information to identify and characterize small molecules that bind to this E3 ligase by combining computational and biophysical techniques. These small molecules could be a point of departure to develop drugs able to modulate this E3 ligase. TET2 is a tumour suppressor that losses its function by mutations or gene repression in different types of cancer, particularly hematologic. Besides, inhibition of TET2 has been described to have a therapeutic interest due to its implication to cancer relapse. Potential TET2 modulators have been developed following a structure-based approach. In the present thesis we have developed and characterized TET2 modulators applying biophysical techniques. Bromodomains have been recently described for their interest in cancer. Specifically, BRD4 has also been used as a test system for computational techniques due to its ease of production and constant behaviour. Computer-aided drug design faces several challenges, being the prediction of solvation preferences and fragment evolution two of them. On one hand, we have applied computational tools to study the solvation preferences of BRD4 BD1. With that information, we have developed and characterized novel chemical entities. On the other hand, fragments interacting with BRD4 BD1 have been identified by an automated fragment evolution platform developed in our group. In the present thesis, interactions of the evolved fragments with BRD4 BD1 have been characterized. The resulting information has helped to validate the applied computational tools and could be used to develop novel BRD4-based therapies.
Ús de biopolimers en la preparació de formes d’alliberament modificat de lisinat d’ibuprofè
(Universitat de Barcelona, 2021-04-09) Caballero Gobern, Francesc; Miñarro Carmona, Montserrat; Ticó Grau, Josep R.; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[cat] El propòsit del present treball, és l’estudi de l’ús dels biopolímers alginat i chitosan per a la formulació d’hidrogels basats en xarxes polimèriques i xarxes polimèriques interpenetrants com a matrius per a la microencapsulació de lisinat d’ibuprofè amb l’objecte de modular les propietats d’alliberament del fàrmac en funció d’estímuls externs com el pH. S’ha caracteritzat i optimitzat el mètode de preparació, les matrius obtingudes i els paràmetres que regeixen l’alliberament del lisinat d’ibuprofè tant pel que fa al lloc selectiu (intestí) evitant l’alliberament gàstric així com altres funcions de la microencapsulació que poden resultar útils, com l’emmascarament del seu sabor o la millora de l’estabilitat. Els resultats mostren de manera clara la capacitat dels hidrogels d’alginat entrecreuats amb calci per retenir el lisinat d’ibuprofè de forma efectiva, protegir-lo durant el trànsit gàstric i propiciar el seu alliberament a pH intestinal. L’estabilització de les matrius amb un policatió com el chitosan inicialment no semblava aportar millores significatives a les característiques ni d’inflament de les matrius, ni d’alliberament, no obstant, amb la modificació i optimització del mètode de preparació s’han obtingut matrius en forma de granes molt resistents al medi intestinal que alliberen el fàrmac de forma lenta i amb potencial utilitat per a l’obtenció de formes farmacèutiques destinades a l’alliberament colònic del lisinat d’ibuprofè i possible aplicació per la prevenció de determinades tipologies de càncer de colon. Els resultats permeten evidenciar no només les interaccions entre els biopolímers alginat i chitosan i la seva influència en funció de les seves proporcions a les propietats d’inflament de les matrius i els perfils d’alliberament del lisinat d’ibuprofè, sinó també com el propi lisinat d’ibuprofè interacciona amb els biopolímers esdevenint part estructural de les matrius i un element més de modulació de les seves propietats convertint-se en un element funcional dins la pròpia formulació a més del seu paper com a principi actiu. S’ha demostrat la idoneïtat dels biopolímers per a l’encapsulació del lisinat d’ibuprofè en granes d’alginat i granes mixtes d’alginat i chitosan d’alliberament modificat i sensibles al pH del medi.
Fragment-to-Lead Optimization with Automated and Iterative Virtual Screening
(Universitat de Barcelona, 2020-09-23) Rachman, Moira; Barril Alonso, Xavier; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] Fragment-based drug design is an established strategy of finding new drugs. Instead of doing mass screening of chemical libraries containing compounds that are already lead-like, starting from a small fragment can be be a more efficient strategy, because fragment space can actually represent a much larger chemical space than an equally sized library of lead-like compounds. This strategy has led to the discovery of binders for targets where high-throughput screening has previously failed. However, because fragments are small they bind with low affinity, and must be optimized into high affinity and lead-like compounds, and fragment to lead optimization is challenging. This thesis describes the development and validation of an automated fragment-to-lead optimization pipeline. The pipeline can be seen as a focused virtual screening of the chemical space surrounding a given fragment. The pipeline does the virtual screening iteratively to harnesses information about the chemotypes and features of the hits. It does this by determining the most likely to bind analogues through complementary structure-based methods, and then using the best hits to determine the chemical space for the next round of virtual screening. It has been developed to be scalable to screen the continuously growing available libraries. Furthermore, it performs structure-based scaffold hopping, to explore as much chemical space as possible. It's iterative nature makes it possible to seamlessly integrate it into drug discovery pipelines, and also makes it possible to control the ligand efficiency, i.e. maintaining only the most important part of the molecules, necessary for molecular recognition. Our results show that the platform is capable of finding active ligands for known targets such as BRD4, HSP90, DYRK1A, but also unknown targets e.g. NUDT21. Furthermore, it's been shown to be at least as equally successful as other virtual screening methods.
Design, characterization and optimization of a novel liposomal based food supplement against chronic fatigue syndrome
(Universitat de Barcelona, 2020-10-20) Ruiz García, Marta; García Montoya, Encarna; Maspoch Comamala, Daniel; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] In today’s society, people’s interest against health care is growing every day. On a health- concerned population, food supplements and nutraceuticals are products with an increasing interest among the global community. This thesis arises as an industrial doctorate project, with the purpose of strengthen the bioavailability and effectivity of the active substances in Reconnect®, a current product commercialized by Vitae Health Innovation, S.L. Coencapsulation of different actives has been widely studied and reported on the last decades, and concretely liposomes have already been used for the encapsulation of the isolated antioxidant actives phosphatidylserine (PS), coenzyme Q10 (CoQ10), reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and vitamin C, but not as a combinatory oral therapy. Coadministration of these actives on a combinatory therapy within the liposomal encapsulation technology may provide a wide and complete supplementation with promising results on chronic fatigue syndrome (CFS) patients or people suffering from general fatigue, among others. Therefore, the design and development of a novel liposomal-based food supplement against chronic fatigue syndrome is of great industrial interest. This thesis is structured on different parts. On first place, the development and validation of a high-performance liquid chromatography (HPLC) method for the simultaneous quantification of CoQ10, PS, and vitamin C was essential for the analysis and characterization of the selected drugs. The second part of the thesis, separated in two chapters, is focused on the design, characterization and optimization of two methods of liposomal production, one based on the thin-film method, being the main axis of the thesis, while the other method based on microfluidic technology was developed on a short research stay within Prof. Jing Fan’s research group of Complex Fluids and Soft Materials at the City College of New York – City University of New York (CCNY – CUNY). Finally, the third part is focused on the scaling up optimization of the most promising results of the liposomal formulation.
Estrategias terapéuticas basadas en micro y nanoemulsiones para el tratamiento del Alzheimer y enfermedades inflamatorias de la piel
(Universitat de Barcelona, 2020-10-02) Espinoza Tituana, Lupe Carolina; Calpena Campmany, Ana Cristina; Clares Naveros, Beatriz; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] Donepezil (DPZ) is one of the most widely prescribed drugs to treat the neuropsychiatric symptoms of Alzheimer's disease (AD) which are commercially available in oral tablet form. However, these can lead to inconveniences, especially among geriatric patients or those who are in advanced stages of the disease. In addition to this, there are marked disadvantages of the oral route, including difficulties in crossing the blood-brain barrier. The intranasal route presents an alternative due to its direct connection to the brain, which could increase the bioavailability of the drug. On the other hand, pioglitazone (PGZ) is a peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPAR-γ) agonist used to treat type 2 diabetes mellitus. There is mounting scientific evidence of the anti-inflammatory effect of PGZ which suggests it as a promising candidate for the treatment of inflammatory disorders. The incorporation of these drugs in micro- and nanoemulsions could be used as a strategy to facilitate their administration. Based on these findings, the aim of this thesis was to design, develop and characterize intranasal DPZ micro- and nanoemulsions for the treatment of AD, as well as topical PGZ nanoemulsions for the treatment of inflammatory skin diseases. Two PGZ nanoemulsions (PGZ-NE and PGZ-NE2) along with one microemulsion and two nanoemulsions of DPZ (DPZ-ME, DPZ-NE, and DPZ-PNE) were formulated by constructing pseudo-ternary phase diagrams. All formulations were physically stable with spherical nanodroplets distributed uniformly in the system. The rheological analysis confirmed the Newtonian behavior in four formulations, while DPZ-PNE presented a pseudoplastic behavior. The five formulations were able to release the drug following a hyperbolic kinetic model. DPZ exhibited greater permeation through the porcine nasal mucosa from microemulsion compared to nanoemulsions, possibly due to its higher content of surfactants and cosurfactants. PGZ-NE and PGZ-NE2 favored the passage of the drug through the stratum corneum and promoted its retention in the skin thereby guaranteeing a local effect, especially for PGZ-NE2. The tolerance results demonstrated the biocompatibility and suitability of the formulations for intranasal or dermal administration. Finally, PGZ-NE treatment inhibited approximately 44% of inflammation, significantly decreased the expression of proinflammatory cytokines IL-6, IL-1β, and TNF-α, and counteracted histopathological alterations in acute inflammation assays, while PGZ-NE2 demonstrated efficacy in the treatment of atopic dermatitis, exhibiting reduction of skin lesions, restoration of elasticity and biomechanical properties of the skin, as well as reduction in the expression of proinflammatory cytokines associated with the pathophysiology of the disease. In conclusion, the obtained results encourage further clinical research into new therapeutic indications for PGZ as well as the use of intranasal-administered DPZ micro- and nanoemulsions to increase the bioavailability of the drug in the brain and facilitate its administration.
Estudio de la melatonina como agente preventivo del daño gastrointestinal inducido por antiinflamatorios no esteroideos
(Universitat de Barcelona, 2020-07-22) Sánchez Milán, Aroha Belén; Calpena Campmany, Ana Cristina; Clares Naveros, Beatriz
[spa] El perfil de seguridad de los antiinflamatorios no esteroideos (AINE) ha sido ampliamente estudiado y tanto los efectos terapéuticos como los efectos secundarios a nivel gastrointestinal (GI) y cardiovascular, se han asociado históricamente con el efecto inhibidor de los mismos sobre la COX-1 y la COX- 2 respectivamente. Este enfoque, en cuanto a efectos GI se refiere, ha quedado obsoleto, ya que ahora hay evidencias de la participación de múltiples vías celulares en el daño GI mediado por AINE y aunque no se conoce la secuencia exacta, dichas vías estarían relacionadas, entre otros, con el estado oxidativo o redox del enterocito. Las terapias clásicas para evitar los daños GI se basan en el uso de inhibidores de la bomba de protones (IBP) que disminuyen la secreción ácida y aunque el pH ácido está directamente relacionado con el daño GI, ya que lo agrava, no se trata de la causa principal que genera los efectos GI secundarios de esta familia de medicamentos. Además, la hipoclorhidria y aclorhidria se relacionan con un mayor riesgo de infecciones entéricas por diferentes microorganismos patógenos y diferentes estudios han identificado cambios profundos en el microbioma intestinal en pacientes tratados con IBP lo que según estudios recientes tendría implicaciones directas en el organismo y una repercusión mayor en el estado de salud de lo que se conocía. Por otro lado, la melatonina ha demostrado ser un potente agente antioxidante, numerosos estudios avalan tanto su interacción directa con RL y moléculas oxidantes, como su efecto indirecto al activar otros sistemas enzimáticos de defensa contra el daño oxidativo. Dadas las evidencias sobre la actividad antioxidante de la MLT, el objetivo global planteado en la presente tesis doctoral ha sido el estudio de la MLT como posible agente preventivo del daño GI inducido por los AINE. Esta tesis está relacionada con diversas áreas de conocimiento, en primer lugar, con la Biofarmacia y Farmacocinética, necesarias para el desarrollo de un modelo ex vivo con el cual evaluar procesos de absorción intestinal. A través de este método puede evaluarse la permeabilidad de fármacos a través de intestino delgado, así como predecirse cambios en la misma. La Histología y Biología celular necesarias para la evaluación de lesiones en los distintos tejidos estudiados; por último, la Bioquímica para determinar niveles de marcadores celulares bioquímicos, que permitan dilucidar posibles mecanismos de acción involucrados en la prevención del daño GI mediado por la MLT.
Implications of Structural Stability for Drug Design
(Universitat de Barcelona, 2020-07-17) Majewski, Maciej; Barril Alonso, Xavier; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia i Tecnologia farmacèutica i Físicoquímica
[eng] The relevance of structural stability in drug design has been shown by the use of DUck in virtual screening campaign, as reported previously. The method provides a fast and easy way to assess hydrogen bond-based structural stability of a complex. However, the cause and consequences of structural stability in molecular recognition remain unknown. DUck still has some limitations and requires previous knowledge about the system to be applied successfully. GENERAL OBJECTIVE: The general objective of this work is to deepen the knowledge of the role and origin of structural stability in molecular recognition and extend its applicability in drug design. We wanted to test DUck on a large and diverse set of protein-ligand complexes and apply it in a more general scenario without detailed knowledge about the simulated system. DETAILED OBJECTIVES: The specific objectives were the following: 1. Investigate the role of structural stability in biomolecular complexes: • Perform a large-scale assessment of hydrogen bond based structural stability on a set of highly trustworthy structures of protein- ligand and protein-fragment complexes. • Compare the binding patterns for different classes of proteins • Investigate how robust hydrogen bonds are organised in complex’s structure. • Draw useful conclusions for drug design. • Explain the cause of structural stability. 2. Extend the applicability domain of Dynamic Undocking: • Combine docking with rDock and post-docking evaluation of poses with DUck into binding mode prediction protocol. • Test the protocol on the set of complexes of proteins with drug-like molecules and fragments.
Aplicació de la simulació de compressió a l’estudi del comportament i optimització de comprimits elaborats per compressió directa utilitzant el sistema expert SeDeM
(Universitat de Barcelona, 2019-10-30) Nofrerias Roig, Isaac; Ticó Grau, Josep R.; Bataille, Bernard; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia, Tecnologia Farmacèutica i Fisicoquímica
[cat] El comprimit és la forma farmacèutica més freqüent al mercat. El procés tecnològic d’elaboració de comprimits d’elecció és la compressió directa perquè permet un estalvi en el nombre d’etapes. Tanmateix, aquest procés requereix que les pólvores presentin unes característiques adequades per la compressió per se. La necessitat de dissenyar ràpidament una fórmula farmacèutica que compleixi els estàndards de compressió i l’escalat a producció industrial, ha portat a la creació de sistemes experts i simuladors de compressió. En la present tesis, s’optimitza el sistema expert de diagrama SeDeM i es contrasta amb compressions industrials amb el simulador Styl’One. En primer lloc, es proposa una modificació en la metodologia per la determinació del paràmetre de l’Índex de cohesivitat del diagrama SeDeM, l’únic paràmetre que té en compte la compactabilitat de la mescla. Aquest paràmetre presentava desviacions per les mescles pulverulentes amb una densitat aparent molt elevada o molt baixa. També s’augmenta el nombre de paràmetres del SeDeM, afegint dos paràmetres mecànics en relació a la lubrificació. Aquests paràmetres són el punt de fusió (Mp) i la força d’ejecció (Fe). Els resultats del sistema expert de diagrama SeDeM són contrastats amb els resultats de compressió en condicions industrials. Cinc formulacions diferents es comprimeixen sota diferents perfils de compressió utilitzant un simulador de compressió industrial Styl’One. Els resultats indiquen que un ajust del pes del comprimit en funció de la densitat aparent de la pólvora permet la obtenció de comprimits de dimensions similars, evitant les desviacions esmentades. Fet demostrat en el desenvolupament d’una formulació la comparació de cel·luloses microcristal·lines de diferents fabricants i graus o tipus. També s’ha establert una metodologia ràpida i accessible per la determinació dels dos nous paràmetres mecànics i una conversió del valor experimental al valor radi. Fet que permet la seva integració en el sistema SeDeM. Els dos paràmetres integrats han demostrat tenir una rellevància en els resultats de la compressió i han permès augmentar el valor de l’índex de fiabilitat del SeDeM. Finalment, tres fórmules dissenyades per compressió directa i dues per granulació via humida es comprimeixen amb l’Styl’One simulant diferents perfils de compressió (Korsch XL 400, Fette 2909, Fette 3100, Kilian RX 47 i Kilian S 250) de màquines de comprimir rotatòries sota condicions de compressió diferents. Els resultats de la compressió demostren la precisió dels resultats previs obtinguts en els diagrames SeDeM i indiquen una relació entre valors deficients per l’Índex de Carr i l’Índex d’esponjositat i problemes d’exfoliació durant la compressió. L’addició d’una força de precompressió permet solucionar els problemes d’exfoliació en la majoria de les Referències. Els resultats indiquen que les referències desenvolupades per compressió directa presenten uns resultats equiparables o superiors a les referències per granulació via humida, amb un impacte econòmic menor (temps i costos) en el seu desenvolupament. En conclusió, s’ha optimitzat el sistema SeDeM, corregint desviacions i augmentant l’índex de fiabilitat. El simulador de compressió Styl’One ha posat de manifest la precisió i robustesa del sistema SeDeM en la selecció de la formulació més òptima i permet seleccionar les condicions de compressió més òptimes, maximitzar l’eficiència del procés i facilitar l’escalat.
Estudio de la comercialización efectiva de medicamentos en España y la influencia de la regulación del Sistema de Precios de referencia y otras disposiciones de ámbito farmacéutico
(Universitat de Barcelona, 2019-03-29) Esteve Sala, Emili; Bel Prieto, Elvira; Suñé i Negre, Josep M. (Josep Maria); Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia, Tecnologia Farmacèutica i Fisicoquímica
[spa] INTRODUCCIÓN. La legislación española se refiere a los «medicamentos sin interés comercial» (MESIC) como aquellos para los que existe ausencia o insuficiencia de suministro en el mercado nacional, siendo necesarios para el tratamiento de determinadas enfermedades o patologías. Esta ausencia o insuficiencia de suministro de medicamentos autorizados y comercializados puede ser debida a diversas causas sobrevenidas como la imposición de nuevas exigencias regulatorias, la aplicación de preciosde referencia, la modificación de los procesos para aplicar la serialización de envases, las restricciones eventuales derivadas de la farmacovigilancia, la comercialización de competidores genéricos o biosimilares, o la mera disminución de la demanda debido a la obsolescenciadel medicamento. OBJETIVOS. Como primer objetivo, analizar el entorno que condiciona la comercialización de medicamentos en España considerando i) su base jurídica y ii) las regulaciones y otras iniciativas que influyen en la comercialización efectiva de los medicamentos. Como segundo objetivo, verificar la existencia en el mercado Español de medicamentos que, por sus características, cabría calificar como MESIC. Como tercer objetivo:formular una propuesta normativa para calificar los MESIC y así minimizar su desaparición del mercado excluyéndoles del ámbito de aplicación de regulaciones como el Sistema de precios de referencia(SPR). MATERIAL Y MÉTODOS. Se realiza una búsqueda bibliográfica y análisis de la normativa directamente relacionada con el tema y unanálisis detallado de las etapas que recorre un medicamento. Para identificar entre las presentaciones de medicamentos comercializadas en España el grupo de posibles MESIC, se solicita a la AEMPS una relación cuya falta podría tener un impacto asistencial. La relación facilitada contenía 462 medicamentos; 258 de estos medicamentos fueron revisados por expertos de 44 laboratorios con la ayuda de un cuestionario en el que se solicitaba i) confirmar la posible condición de MESIC ii)rehusar los que no presentaban amenaza ni en la viabilidad ni en el suministro y iii) añadir nuevos medicamentos que, a pesar de no haber sido considerados por la AEMPS, en opinión de dichos expertos su viabilidad y suministro podían estar comprometidos. RESULTADOS. Con la información suministrada por la AEMPS y cualificada por los expertos, se caracterizan 568 presentaciones de medicamentos que en España podrían tipificarse como MESIC. Casi la mitad de la muestra estudiada (47,65%) fueron presentaciones autorizadas hace 50 años o más. La distribución de presentaciones tipificadas no sigue el patrón del resto del mercado reembolsable, especialmente en algunos grupos ATC donde los MESIC tipificados tienen mayor presencia, como el J: Antiinfeccionsos (16,47%vs 8,99%), el L: Antineoplásicos (12,94% vs 2,92) o el S: Órganos de los sentidos (7,65% vs 1,59%). Igualmente, respectoa la vía de administración se observa una fuerte presencia de formas inyectables en el grupo estudiado de MESIC (44,12%) frente al mercado reembolsado general (6,63%). Entre las causas expresadas para la no permanencia en el mercado se declaran las derivadas exclusivamente de la producción (4%) o de la regulación (20%), pero mayoritariamente ambas (76%). CONCLUSIONES. Se concluye que en España existenpresentaciones de interés terapéutico sininterés comercial cuya viabilidad está amenaza como consecuencia de la aplicación general de determinadas disposiciones, como la regulación del SPRo la incorporación de los dispositivos de seguridad en el ámbito de la serialización. La normativa que regula el SPR debería modificarsepara evitar la erosión de precios de estas presentaciones que conduce a la inviabilidad para su comercialización. Además, con objeto de preservar la permanencia en el mercado de estos medicamentos, y favorecer la autorización de otros, según señalan los expertos de la industria farmacéutica, parece necesaria una normativa específica para los MESIC. Se incluye en esta memoria una propuesta de regulación en este sentido.
Elaboración de formulaciones nanoestructuradas de Anfotericina B para el tratamiento de la Candidiasis, Aspergilosis y Leishmaniosis cutánea
(Universitat de Barcelona, 2018-12-17) Sosa Díaz, Lilian Elisa; Calpena Campmany, Ana Cristina; Clares Naveros, Beatriz; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia, Tecnologia Farmacèutica i Fisicoquímica
[spa] La piel constituye una de las primeras líneas de defensa de nuestro organismo y, como tal, puede sufrir la agresión de numerosos microorganismos y parásitos. Entre estas patologías cabe mencionar las micosis y la leishmaniosis que pueden tratarse con una variedad de fármacos presentados bajo diferentes formas farmacéuticas diseñadas para las vías de administración correspondientes, siendo las vías más habituales la cutánea, oral y parenteral. Para el tratamiento de afecciones de la piel y sus anejos, la vía cutánea en principio es la de elección, sin embargo, en algunos casos no aporta los resultados terapéuticos esperados, frecuentemente debido a una escasa penetración y/o retención del fármaco a nivel dérmico. Esta falta de eficacia podría paliarse con el uso de vehículos tales como nanoemulsiones e hidrogeles termorreversibles, dando lugar a nuevas formulaciones que podrían usarse como alternativa a los medicamentos de administración oral o parenteral para el tratamiento de patologías cutáneas. La Anfotericina B podría ser un buen candidato, dado su potencial nefrotóxico por vía oral y la ausencia en Europa de medicamentos con este principio activo para su administración cutánea. Si estas nuevas formulaciones fueran viables, supondrían una buena alternativa, dado que en principio se reducirían considerablemente los posibles efectos indeseables del fármaco. Además, comparado con los inyectables, presentarían el beneficio de una administración no invasiva e indolora. Para el desarrollo de la Tesis se ha realizado un amplio estudio bibliográfico preliminar que viene sintetizado en el capítulo 1 de la memoria. Seguidamente, en el capítulo 2, se exponen los objetivos y plan de trabajo establecido. Los demás capítulos tratan de la parte experimental con sus conclusiones finales.
Pioglitazone dosage forms for the treatment of inflammation associated with skin, ocular and neurodegenerative diseases
(Universitat de Barcelona, 2018-07-24) Abreu, Marcelle Silva de; García López, María Luisa; Espina García, Marta; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia, Tecnologia Farmacèutica i Fisicoquímica
[eng] La pioglitazona (PGZ) es un agonista del peroxisoma proliferador activado del receptor gamma (PPARγ) receptor, pertenece a la clase de las tiazolidindionas y es usado para el tratamiento de la diabetes tipo 2. Muchos estudios han reportado el uso de este fármaco con diferentes funciones, tales como: antiinflamatoria, antiangiogénica, antifibrótica, antitumoral y neuroprotectora. Además, este fármaco ha sido investigado debido a su capacidad de reducir la respuesta inflamatoria por diferentes mecanismos. Con el fin de obtener formulaciones apropiadas de PGZ que mejoren su liberación, esta tesis tuvo como principal objetivo el desarrollo y la caracterización de formas de dosificación de PGZ (nanopartículas (NPs) poliméricas de PLGA-PEG y formulaciones líquidas) capaces de reducir la inflamación asociada con enfermedades dérmicas (rosácea), oculares (uveítis) y neurodegenerativas (Alzheimer). Estos sistemas fueron optimizados y caracterizados fisicoquímicamente, analizando las interacciones fármaco-vehículo por métodos espectroscópicos y térmicos. Estudios de estabilidades fueron llevados a cabo durante 3 meses. Se estudió también la liberación in vitro, la permeación ex vivo en diferentes membranas biológicas, la tolerancia y la distribución del fármaco en los diferentes tejidos. Asimismo, estudios de toxicidad se realizaron en líneas celulares de queratinocitos (HaCat), retinoblastoma (Y-79) y células endoteliales del cerebro (hCMEC/D3). Estudios de internalización, transporte y permeabilidad de las NPs-PGZ fueron llevados a cabo en hCMEC/D3. Para finalizar se evaluó también la eficacia terapéutica in vivo de las formulaciones desarrolladas para rosácea, uveítis y Alzheimer. Las NPs-PGZ mostraron un tamaño promedio de partícula menor a 200 nm, una polidispersión aproximada de 0.1, carga superficial de -13.6 mV y una eficiencia de asociación en torno al 92 %. Los estudios de interacción fármaco-vehículo confirmaron que la PGZ fue encapsulada en la matriz polimérica. Las formas farmacéuticas fueron estables 3 meses, con un perfil reológico newtoniano. Los estudios de liberación de las formulaciones mostraron perfiles cinéticos de primer orden e hiperbólico. En los ensayos de permeación en la piel, la solución de PGZ con un promotor fue capaz de penetrar en la piel con altos valores para flujo (Jss), cantidad retenida del fármaco (Qret) y concentraciones predichas en estado de equilibrio estacionario (Css). Además, en los estudios de permeación en las distintas mucosas (bucal, sublingual, nasal e intestinal), dependiendo de la forma farmacéutica y en base a los resultados de Css, ha sido posible predecir que pueden proporcionar un efecto farmacológico sistémico tanto a nivel de la mucosa nasal como de la intestinal. Por otro lado, en el ojo la PGZ a partir de las NPs mostró altas concentraciones permeadas a través de la esclera. Los ensayos de tolerancia in vivo (Draize test) indicaron que la solución de PGZ no producía daño en la piel. Además, las NPs-PGZ no indujeron ninguna irritación a nivel ocular tanto in vivo como in vitro por el (HET CAM test). También las fórmulas fueron testadas mostrando no toxicidad a las concentraciones determinadas en las diferentes líneas celulares. Las NPs fueron capaces de internalizar, atravesar y no alterar la permeabilidad en un modelo in vitro de la barrera hematoencefálica con las células hCMEC/D3. Con respecto a la eficacia terapéutica de las formulaciones: la solución de PGZ disminuyó notablemente los niveles de eritema después de la inducción de la inflamación en las espaldas de los ratones BALB/c en todos los intervalos de tiempos analizados, corroborado por estudios histológicos. En los estudios de eficacia ocular en cerdos, las NPs-PGZ fueron capaces de prevenir la inflamación ocular después de la inducción de la inflamación con araquidonato sódico. Las NPs-PGZ también fueron testadas (in vivo) en un modelo de ratón transgénico con la enfermedad del Alzheimer y los resultados mostraron que las NPs fueron capaces de reducir el déficit de memoria cuando se comparan con el vehículo. Además, mostró clara tendencia a reducir las placas de la proteína beta amiloide. En resumen, las formulaciones de PGZ desarrolladas podrían constituir en un futuro, después de ensayos clínicos, una nueva indicación terapéutica para este fármaco.
Sistemas poliméricos nanoestructurados de péptidos inhibidores del HIV-1 derivados del GB virus C (GBV-C)
(Universitat de Barcelona, 2017-09-29) Ariza Sáenz, Martha Rocío; García López, María Luisa; Haro Villar, Isabel; Universitat de Barcelona. Departament de Farmàcia, Tecnologia Farmacèutica i Fisicoquímica
[spa] El uso de la terapia antiretroviral (ATR), ha sido durante décadas el tratamiento de elección utilizado en la inhibición de la propagación del VIH. La terapia ATR se centra en interrumpir las diferentes etapas del ciclo de replicación del virus en la célula susceptible de infección; sin embargo, el incumplimiento del régimen ATR por parte de los pacientes, ha facilitado la aparición de cepas multiresistentes que hacen que el virus cada vez sea más difícil de erradicar, convirtiéndose en un problema de salud pública. No obstante, nuevas estrategias basadas en el uso de las herramientas actualmente existentes tales como inhibidores de la fusión, son vanguardistas en el desarrollo de nuevas estrategias de inhibición en la propagación del virus. Se ha descrito que el GB virus C, tiene la capacidad de disminuir la progresión de VIH a SIDA, en individuos co-infectados, aumentando su tasa de supervivencia. Los mecanismos exactos mediante los cuales el GB-C es capaz de intervenir con la progresión del VIH a SIDA no son completamente conocidos, pero hallazgos realizados por diferentes grupos de investigación postulan que las proteínas de envoltura del GB-C tienen un importante papel en la inhibición de los primeros pasos de la fusión y entrada del VIH a la célula huésped. Es así, que péptidos derivados de las proteínas de envoltura E1 y E2 del GB virus C, se han utilizado como una nueva estrategia en la prevención y control del HIV-1. Debido a la susceptibilidad de estas moléculas a la degradación enzimática, a su limitada biodisponibilidad y deficiente capacidad de atravesar barreras biológicas; teniendo en cuenta que la principal puerta de entrada del virus del VIH-1 al organismo son las mucosas vaginales y rectales, en la presente tesis se llevó a cabo el desarrollo de NPs de PLGA recubiertas Glycol-Chitosan (GC-PLGA-NPs) para la incorporación de péptidos inhibidores de la fusión del VIH-1 derivados del GB virus C y su liberación en un modelo de mucosa vaginal. Para ello, se sintetizaron péptidos derivados de las proteínas de envoltura del GB virus C, E1P47 Y P6-2, los cuales fueron previamente descritos y caracterizados para su actividad anti- fusión del VIH. La síntesis de los péptidos se llevó acabo usando el método de síntesis en fase sólida SPPS y la estrategia Fmoc/tBut. Una vez obtenidos los peptidos deseados, estos fueron derivatizados con 5-6 carboxyfluoresceína, para su posterior utilización en los estudios in vitro, ex vivo e in vivo. Una vez obtenidos los péptidos y sus derivatizados, se desarrollaron y optimizaron mediante un diseño factorial central compuesto las GC-PLGA-NPs. Las Nps fueron caracterizadas tanto para su morfometría, morfología y eficiencia de encapsulación. Los principales hallazgos demostraron que las GC-PLGA-NPs, preparadas utilizando el método de la doble emulsión (w/o/w), fueron capaces de atravesar la principal barrera fisiológica que recubre el epitelio vaginal y alcanzar las capas subyacentes del epitelio, sin provocar daños del epitelio. La mucoadhesividad y bioseguridad, además del tamaño y carga positiva que otorgada a estos sistemas el GC, fue la principal característica de las GC-PLGA-NPs, Además, de acuerdo con los resultados obtenidos de los estudios de Rayos X y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, los péptidos no sufrieron cambios conformacionales o interacciones con los componentes de la formulación que afectaran su efectividad, lo que cumplió con el principal objetivo de la encapsulación del estas moléculas en Nanoparticulas de PLGA, el cual fue proteger y mantener la eficacia de los inhibidores. Además, las GC-PLGA-NPs desarrolladas en esta Tesis demostraron ser seguras y no toxicas para el epitelio vaginal. Debido a estas razones, esta Tesis doctoral abre un nuevo campo de investigación, como lo es el desarrollo de microbicidas anti-anti-HIV basados en sistemas de liberación controlada.

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