Tesis Doctorals - Facultat - Farmàcia i Ciències de l'Alimentació
URI permanent per a aquesta col·leccióhttps://hdl.handle.net/2445/104787
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TesiImpacto de la dimensión social de la sostenibilidad en la elección de alimentos: Una exploración de las preocupaciones societales de los jóvenes a través de métodos implícitos y explícitos(Universitat de Barcelona, 2025-07-24) Bermúdez Ruiz, Alejandra Ximena; Claret Coma, Anna; Guerrero Asorey, Luis; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] La toma de decisiones alimentarias se ha estudiado principalmente mediante medidas explícitas (autoinformadas) y a nivel individual, asumiendo que la evaluación y elección entre alternativas se realiza de forma racional en función de valores y preferencias personales. Sin embargo, las elecciones alimentarias están arraigadas en contextos sociales y culturales, y pueden entenderse como decisiones que dependen tanto de las preferencias propias como las de las personas del entorno. Entre los desafíos societales actuales, la sostenibilidad se ha posicionado como uno de los grandes retos globales, también en lo que respecta a los sistemas alimentarios. En este sentido, en las últimas décadas, se ha observado una tendencia a que los consumidores sean más reflexivos y confronten sus deseos y necesidades con las implicaciones de sus elecciones. En este contexto, esta tesis explora el papel de la dimensión social de la sostenibilidad en las decisiones alimentarias, prestando especial atención a los jóvenes consumidores como agentes de cambio. A través de una combinación de métodos explícitos e implícitos (sensores neurofisiológicos), se analiza cómo las motivaciones prosociales influyen en la elección de alimentos y en la percepción del bienestar asociado a dichas decisiones, captando los procesos conscientes y no conscientes durante el proceso de toma de decisiones. Los resultados evidencian que la integración de ambas metodologías permite una comprensión más profunda del comportamiento del consumidor, ya que revelan que factores emocionales, valores ecosociales y condiciones socioeconómicas son determinantes clave del impacto de la dimensión social de la sostenibilidad en la elección de alimentos. Se destaca que los jóvenes muestran una notable preocupación por la sostenibilidad social y una clara intención de adoptar prácticas alimentarias prosociales, aunque se enfrentan a limitaciones como la falta de recursos, que dificultan su adopción. Finalmente, se subraya la necesidad de diseñar estrategias de comunicación y políticas públicas adaptadas a la diversidad de perfiles, capaces de movilizar la razón y la emoción en favor de un consumo más responsable y sostenible desde una lógica ecosocial.- TesiEstudio clínico para identificar especies lipídicas y proteínas moduladas en obesidad infantil: nuevas claves en la influencia del estilo de vida(Universitat de Barcelona, 2025-04-04) Soria Gondek, Andrea; Herrero Rodríguez, Laura; Sánchez-Infantes, David; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] INTRODUCCIÓN: La obesidad es un trastorno metabólico caracterizado por una acumulación anómala de grasa, desencadenando lipotoxicidad, inflamación crónica y enfermedades asociadas. La biología de la obesidad pediátrica continúa siendo objeto de estudio. HIPÓTESIS: 1. Las especies lipídicas circulantes que experimentan la misma evolución después de una intervención de control de peso en niños y adultos con obesidad podrían relacionarse con la obesidad precoz y el desarrollo de lipotoxicidad. 2. El perfil lipidómico del tejido adiposo de niños con obesidad será diferente al de los controles normopeso y ayudará a identificar especies lipídicas involucradas en la lipotoxicidad y la alteración metabólica. 3. Los niveles circulantes de proteínas claves en el metabolismo en niños con obesidad serán diferentes a los de los controles normopeso, mostrando nuevas claves en la alteración de las vías metabólicas e inflamatorias. 4. La adopción de hábitos saludables durante 6 meses modulará el perfil circulante de proteínas clave en el metabolismo y la inflamación en niños con obesidad. 5. Existirá una asociación significativa entre el estilo de vida y el perfil clínico y molecular de los niños con obesidad. OBJETIVOS: 1. Describir los cambios en el patrón lipidómico circulante de niños con obesidad frente a adultos con obesidad después de una intervención de control de peso. 2. Identificar las diferencias en el patrón lipidómico del tejido adiposo blanco subcutáneo y visceral (TABs y TABv) de niños con obesidad frente a niños con normopeso. 3. Evaluar los niveles circulantes de 30 proteínas claves en el metabolismo lipídico, la ingesta y la inflamación en niños con obesidad frente a niños con normopeso. 4. Determinar los cambios en las concentraciones de estas 30 proteinas en el patron proteómico circulante de niños con obesidad después de una intervención de control de peso. 5. Estudiar la relación entre las alteraciones metabólicas asociadas a la obesidad y el estilo de vida en nuestra cohorte de pacientes pediátricos.
- TesiQuorum Sensing as a Potential Biomarker Target to Diagnose Staphylococcus aureus Infections(Universitat de Barcelona, 2025-04-25) Ferrero Ruedas, Carla; Pilar Marco, María; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Staphylococcus aureus is a Gram-positive bacterium capable of causing a wide range of infections, from minor skin conditions to severe diseases like pneumonia and sepsis. Its adaptability, virulence factors, and the emergence of multidrug-resistant strains, such as methicillin-resistant S. aureus (MRSA), pose significant global health challenges. Current diagnostic methods, such as culture-based techniques, are time-consuming, delaying treatment and contributing to antimicrobial resistance. This research focuses on developing immunochemical diagnostic tools to detect S. aureus infections rapidly and effectively. The work targets the main quorum sensing (QS) system of this bacterium, known as the accessory gene regulator (agr) system, which coordinates the production of virulence factors through autoinducing peptides (AIPs). AIPs are presented as biomarkers for detecting infections, phenotyping strains based on their agr group, and guiding therapeutic strategies. To achieve these goals, monoclonal and polyclonal antibodies against AIPs were developed and implemented in ELISAs. These assays demonstrated exceptional sensitivity, with low IC50 values (20.41 nM for AIP1o; 2.70 nM for AIP2o; 6.54 nM for AIP3c; and 2.19 nM for AIP3o), exceeding traditional detection methods like mass spectrometry. Additionally, the ELISAs were successfully adapted for detecting AIPs in bacterial culture media, providing rapid results within 2–3 hours. The study also addressed the challenges of analyzing AIPs in complex biological samples like bronchial aspirates (BAS). Various sample preparation strategies, including enzymatic treatments and immunoaffinity purification techniques, were evaluated. Immunoaffinity spin columns (ISCs) emerged as a scalable and robust method for AIP purification, enabling accurate detection in clinical respiratory samples. This work represents a significant advancement in diagnostic technology for S. aureus, offering rapid, sensitive, and clinically relevant tools. Further research is needed to validate these methods and expand their application, but they hold great promise for improving patient outcomes and combating antimicrobial resistance.
- TesiDesenvolupament de sistemes nanobiotecnològics multifuncionals per a l'administració de Riluzol en malalties neurodegeneratives(Universitat de Barcelona, 2025-03-13) Esteruelas Navarro, Gerard; García López, María Luisa; Sanchez Lopez, Elena; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[cat] La present tesi doctoral aborda el desenvolupament i l’avaluació de noves eines multifuncionals basades en NPs polimèriques (NPs) com a estratègia avançada per a l’administració i l’optimització terapèutica del Riluzol (RLZ) en el tractament de patologies neurodegeneratives del SNC (SNC). Les NPs polimèriques, caracteritzades per la seva alta versatilitat i capacitat de funcionalització, han emergit com una estratègia prometedora en nanomedicina gràcies a la seva biocompatibilitat, estabilitat fisicoquímica i habilitat per atravessar barreres biològiques complexes. Aquestes propietats les fan ideals per al disseny de plataformes d’alliberament controlat i administració dirigida de fàrmacs en teixits específics. En aquesta recerca, s’han desenvolupat i avaluat sistemes innovadors per superar barreres biològiques crítiques, com la barrera hematorretiniana (BHR), la barrera hematoespinal (BSCB) i la barrera hematoencefàlica (BHE), abordant alhora les limitacions farmacocinètiques i farmacodinàmiques del RLZ. En relació amb les patologies neurodegeneratives que afecten el globus ocular, com el glaucoma, es va desenvolupar una formulació basada en NPs polimèriques encapsulant RLZ i un gel ionosensible optimitzat amb goma gellan (GG), hialuronat sòdic (HA) i hidroximetilcel·lulosa (HPMC) incoporant- les. Aquesta formulació va demostrar propietats fisicoquímiques òptimes, la capacitat d’atravessar la BHR i localitzar-se en el segment posterior de l’ull. Els estudis in vitro i in vivo van evidenciar la seva biocompatibilitat, absència d’irritació ocular i efectivitat en l’alliberament sostingut del fàrmac, millorant així la seva retenció i biodisponibilitat en teixits oculars del segment posterior. Aquest enfocament proporciona una estratègia prometedora per millorar les limitacions actuals de les teràpies oculars en malalties neurodegeneratives. Pel que fa a les patologies motores que afecten la mèdul·la espinal, es van dissenyar NPs funcionalitzades amb polietilenglicol (PEG) i un pèptid penetrador de cèl·lules (CPP), per facilitar la seva distribució a través de la BSCB. Aquestes NPs van demostrar propietats fisicoquímiques òptimes, incloent-hi una mida adequada i una carrega superficial que garanteix estabilitat en medis biològics, així com una alta eficiència d’encapsulació. Els estudis d’interacció van validar la correcta funcionalització i estabilitat estructural de les NPs. Així com els estudis in vivo, on es va evidenciar la millora de la farmacocinètica del RLZ i una acumulació de les NPs a la medul·la espinal i a l’escorça somatomotora. En el tractament de patologies neurodegeneratives com la malaltia d’Alzheimer, es van desenvolupar NPs funcionalitzades amb PEG i pèptids específics, com pVEC, un CPP i NCAM-PrP, amb alta afinitat per aquesta patologia. Les NPs van demostrar una capacitat destacada per travessar la BHE, acumulant-se selectivament en regions clau del cervell. Els estudis preclínics van evidenciar que aquestes formulacions eren capaces d’inhibir l’agregació del pèptid β-amiloide, reduint significativament el nombre de plaques en l’hipocamp i el còrtex cerebral. A més, les NPs van restaurar de manera efectiva la memòria espacial i de reconeixement en models experimentals d’Alzheimer, ressaltant el seu gran potencial terapèutic. Els resultats d’aquesta investigació posen de manifest el gran potencial de les plataformes nanomèdiques desenvolupades per abordar les complexitats terapèutiques de patologies neurodegeneratives. La combinació de funcionalització específica amb pèptids i estratègies d’alliberament controlat no només ha permès optimitzar l’eficàcia del tractament, sinó que també ha establert una base sòlida per a futures aplicacions clíniques en l’àmbit de la nanomedicina. Aquesta recerca constitueix un avenç significatiu en la integració de la nanociència i la teràpia personalitzada, obrint noves perspectives en el tractament de malalties complexes com el glaucoma, les malalties motores i l’Alzheimer.
- TesiDesarrollo de Nanopartículas Lipídicas para vehiculizar siRNA a través de la Barrera Hematoencefálica(Universitat de Barcelona, 2025-01-08) Vargas Monge, Ronny; Suñé Pou, Marc; Suñé i Negre, Josep M. (Josep Maria); Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] La administración de medicamentos hacia el sistema nervioso central (SNC) es uno de los principales retos en la neurofarmacología, principalmente debido a la presencia de la barrera hematoencefálica (BHE). Aunque esta barrera es crucial para mantener la homeostasis al excluir toxinas y patógenos, también limita drásticamente el paso de más del 98 % de los fármacos convencionales y prácticamente todos los biofármacos, incluyendo los ácidos nucleicos. En este contexto, el uso de nanopartículas, y en particular de nanopartículas lipídicas, ha ganado relevancia como una estrategia para mejorar la entrega de terapias al cerebro. Las nanopartículas lipídicas presentan propiedades físico químicas que le permiten enfrentar el reto que significa la barrera hematoencefálica. Particularmente su pequeño tamaño y su capacidad de modificación superficial con ligandos específicos para el direccionamiento activo. Adicionalmente, en la última década, han emergido como el tipo de vehículo más apto, y con éxito en la aplicación clínica, para el direccionamiento de terapias con ácidos nucleicos. En esta investigación, se desarrolló una formulación base de nanopartículas lipídicas ionizables (LNPs) destinada a la vehiculización de siRNA a través de la BHE. Las nanopartículas se preparan mediante la mezcla microfluídica de soluciones lipídicas en etanol, y soluciones acuosas de siRNA. El proceso de desarrollo se guio por los principios de Calidad por Diseño (QbD), permitiendo un entendimiento profundo de los parámetros críticos de proceso (CPP) y de formulación que afectan los atributos críticos de calidad (CQA) de las nanopartículas. Esto facilitó la optimización del tamaño de partícula, el potencial zeta, el índice de polidispersidad y la eficiencia de encapsulación, garantizando que la formulación fuera reproducible y estable para aplicaciones futuras. Durante exploraciones experimentales de esta investigación, surgieron hallazgos que desafían algunas de las nociones establecidas en el estado del arte de la fabricación de nanopartículas lipídicas, particularmente en lo que respecta a los parámetros críticos de proceso (CPP) y de formulación. Por ejemplo, se descubrió que la diálisis, generalmente considerada un paso secundario, impacta de manera significativa el tamaño de partícula, el potencial zeta y el PDI, además de modificar la influencia del flujo de razón (FRR), un parámetro clave en la fabricación. Asimismo, se determinó que solo una fracción de la maleimida añadida está disponible en la superficie de las nanopartículas para la funcionalización, lo que resalta la importancia de cuantificarla como un atributo crítico de calidad (CQA) en lugar de asumir que toda la cantidad agregada es funcional. Una vez establecida la formulación base, se avanzó hacia la funcionalización de las nanopartículas para potenciar su capacidad de atravesar la BHE. Se emplearon diferentes péptidos, seleccionados a partir de una revisión sistemática exhaustiva, como Angiopep-2, RVG, MiniAp-4 y THRre, los cuales se acoplaron a las nanopartículas mediante reacción con la maleimida. El tiempo de incubación, pH y proporción maleimida a péptido fueron optimizados para asegurar una alta eficiencia de funcionalización. Finalmente, las nanopartículas demostraron ser biocompatibles y eficaces en la internalización celular y el silenciamiento génico en modelos celulares in vitro, lo que evidenció su capacidad para transportar y liberar siRNA dentro del citoplasma. Adicionalmente, estudios preliminares de biodistribución in vivo mostraron que las nanopartículas, incluso sin funcionalizar, lograron acumularse en el cerebro, confirmando su potencial para aplicaciones terapéuticas en el SNC.
- TesiA single-cell RNA sequencing approach to understand the mechanisms underlying response and resistance to tofacitinib in ulcerative colitis(Universitat de Barcelona, 2025-01-17) Melón Ardanaz, Elisa; Salas Martínez, Azucena; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Ulcerative colitis (UC) is a chronic inflammatory bowel disease that represents a major health problem worldwide due to its increasing prevalence and the lack of effective treatments. Tofacitinib is a JAK inhibitor that has been approved for the treatment of moderate-to-severe UC patients who presented an intolerance, insufficient response or loss of response to conventional or biological treatments. Despite its proven efficacy, approximately one-third of patients remain unresponsive, raising the risk of surgery and long-term disability. In this thesis, we explored for the first time the mechanisms underlying both response and resistance to tofacitinib in UC patients, aiming to provide insights into the factors contributing to treatment failure and to identify potential biomarkers of treatment response. To achieve this, we employed single-cell RNA sequencing analysis on colonic biopsies from UC patients before and after treatment with tofacitinib. Among the recruited patients, 40% responded to tofacitinib, showing improvement at a clinical, endoscopic and histological level. This response was also associated with significant changes in the abundance and inflammatory signatures of most intestinal cells, including neutrophils and inflammatory fibroblasts and macrophages. In contrast, non-responders experienced a worsening of the disease following treatment with tofacitinib, characterized by increased histological severity and increased abundance and enhanced activation of macrophages and fibroblasts. In vitro experiments confirmed that tofacitinib exerted opposing effects on macrophages depending on the type of activation. Lipopolysaccharide, but not TNF- or IFNγ-stimulated macrophages, produced abundant IL-10, which when blocked by tofacitinib, drove the enhanced activation of macrophages. Interestingly, tofacitinib did not directly induce an inflammatory effect on fibroblasts; rather, the pro-inflammatory state of fibroblasts appeared to be a secondary effect of macrophage hyperactivation. Remarkably, our research revealed that tofacitinib responders had higher baseline JAK-STAT activity compared to non-responders, suggesting that this pathway is a key driver of inflammation in these patients. In contrast, non-responders exhibited increased baseline NF-kB pathway activity and higher IL-10 signaling in macrophages compared to responders. This confirmed that IL-10 signaling was more prevalent in NR and may potentially assist in a regulatory control that tofacitinib interferes with, resulting in disease worsening in this subset of patients. Overall, we conclude that resistance to tofacitinib is mediated by macrophage hyperactivation, with IL-10-dependent macrophages identified as a key cellular subset contributing to this resistance. These findings highlight potential new targets for developing alternative treatments and offer valuable clinical insights into predicting responses to JAK inhibition, which could potentially aid in guiding more effective and personalized treatment strategies for UC patients.
- TesiAtmospheric characterization and time-series analysis of the impact of environmental factors on disease onset(Universitat de Barcelona, 2025-01-16) Fontal Navarrete, Alejandro; Rodó i López, Xavier; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] This thesis investigates the complex interplay between atmospheric characterization, environmental factors, and the onset of diseases, specifically focusing on Kawasaki Disease (KD) and COVID-19. Through time-series analysis and multidisciplinary approaches, it explores how air quality, climatic conditions, and airborne microbial diversity influence disease incidence and progression, offering new insights into the role of the environment in shaping public health outcomes. In the first study, we analyze the association between ultrafine aerosols enriched in metals—originating from intensive farming and urban pollution—and the incidence of KD in Japan. Utilizing daily variability data of fine aerosols and an unprecedented daily KD epidemiological record, we uncover a strong dynamical link. This suggests that exposure to these metal-rich aerosols may trigger immune responses leading to KD, accounting for over 40% of the disease’s variability and highlighting the significance of environmental triggers in its etiology. The second study examines the seasonality of KD through an age-stratified spatiotemporal analysis over a 20-year period in Japan. We identify significant temporal shifts in disease incidence, particularly an abrupt desynchronization between younger and older children after 2016. This shift is most evident in children under two years old, revealing a new autumn peak consistent across most regions. These findings suggest changes in environmental triggers and exposure windows, offering potential explanations for the mysterious patterns of this pediatric vasculitis. Expanding the scope, the third study explores the climatic signatures in the different COVID-19 pandemic waves across both hemispheres. By employing (and developing) statistical methods designed to detect transitory associations, we demonstrate strong consistent negative effects of temperature and absolute humidity on COVID-19 cases. Our findings classify COVID-19 as a seasonal low-temperature infection, emphasizing the role of climatic factors in its transmission dynamics and underscoring the importance of considering airborne pathways in public health interventions. The fourth study evaluates the diversity of microorganisms in aerosols above the planetary boundary layer, confirming the long-distance transport—up to 2,000 km—of viable human pathogens and antimicrobial-resistant bacteria. Through tropospheric aircraft surveys over Japan, we identify a vast array of bacterial and fungal taxa, including potential human pathogens originating from agricultural regions in Northeast Asia. This discovery highlights a novel pathway for disease dispersion and the need to consider atmospheric microbial communities in disease etiology and public health policies. The final study presents an innovative methodology for the real-time detection of bacteria in bioaerosols using Laser-Induced Fluorescence (LIF) and machine learning. By modifying existing equipment and testing with artificially generated aerosols enriched with different bacterial species, we achieve high accuracy in detecting (96.74%) and classifying (69.24% of class-balanced accuracy between 5 bacterial species) bacterial particles. This approach offers valuable tools for rapid monitoring of airborne microbial communities, enhancing both ecological studies and public health surveillance. Collectively, these studies provide a comprehensive examination of how atmospheric characterization and environmental factors influence disease onset. By bridging atmospheric science and epidemiology, this thesis contributes new perspectives on the environmental determinants of KD and COVID-19. It lays the groundwork for future research aimed at mitigating the impacts of air pollution, climate variability, and bioaerosol exposure on human health, with significant implications for public health strategies and policies.
- TesiEpigenetic determinants of differentiation in monocyte subsets: implications in autoimmune disease(Universitat de Barcelona, 2025-04-09) Ferreté Bonastre, Anna Guiomar; Ballestar Tarín, Esteban; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Monocytes are an extremely plastic and heterogeneous cell type with fundamental roles in the innate immune system. Single-cell omic studies have revealed a broad range of unique phenotypes and behaviors in the cells comprising this myeloid population which has been historically studied as a single category. In order to approach their study through bulk techniques, monocyte cells are grouped into smaller subpopulations to simplify their heterogeneity. The most common classification generates three non-overlapping subsets based on the expression of the surface molecules CD14 and CD16. The subsets receive the names of classical (cMO), intermediate (iMO) and non-classical monocytes (ncMO) and they originate via a sequential differentiation process in the reported order. The mechanisms leading their differentiation progress in humans are unknown. Individual and differentiated immune functions have been attributed to each subset. Also, differences in the proportions of monocyte subsets are reported in multiple physiological and pathological conditions. However, specific contributions of the monocyte subsets to disease development have rarely been explored. In this thesis, the molecular mechanisms regulating human monocyte subset differentiation were explored. Additionally, monocyte subset contribution to the pathophysiology of the autoimmune disease of Systemic Lupus Erythematosus (SLE) was also inspected. Both studies applied a combination of bulk epigenomic and transcriptomic explorations of the monocyte subsets paired with the integration of exceptional single-cell RNA-seq datasets. Firstly, the differentiation process of monocyte subsets was studied in steady state. Through the study of the DNA methylome and transcriptome of the subsets we observed their linear path of origin. Gene ontology analyses of the differentially methylated positions and the differentially expressed genes associated with immunological functions previously ascribed to each subset in the literature. As anticipated, we described a significant correlation between methylation levels at certain positions and expression of the associated genes, particularly for positions located at promoters and intronic regions. Most surprisingly, we discovered a role for two transcription factors throughout this differentiation process: HIF-1α and T-bet. HIF-1α and its target genes were significantly less methylated and more expressed in cMOs. T-bet, which had never before been observed in unstimulated monocytes, presented an opposing behavior by being predominant in ncMOs. Integration with a dataset from a homozygous mutant for the gene encoding T-bet proved the role this transcription factor has in the development of the myeloid compartment in general and in ncMOs in particular. In this individual, functions previously attributed to ncMOs, such as TNF secretion, appeared affected by the mutation. Similarly, HIF-1α signature was aberrantly regulated in the mutant, confirming our previously proposed interaction between the two factors. Secondly, we investigated the role of the monocyte subsets in the autoimmune disease of SLE. We collected an extensive cohort of more than 20 SLE patients at the onset of a flare episode as well as samples from 10 healthy controls. DNA methylation profiles of the monocyte subsets from these samples revealed the predisposition of each subset to respond differentially to the inflammatory environment present in the disease. cMOs presented a high association of demethylation patterns with the family of transcription factors Fos/Jun. These results suggest propensity to macrophagic differentiation from these cells. ncMOs presented fewer specific differences but they were directed towards phenotypes best described in T lymphocytes, indicating a potential strengthened interaction between this subset and T cells. iMOs phenotypes were recurrently observed in between the other two extreme subsets. Transcriptomic profiling revealed cMOs as the subset with higher capability to respond to the inflammatory milieu of SLE, probably due to their less differentiated initial state. We also described an association of both datasets with disease activity, particularly regarding the methylation and expression of components of the STAT pathway. Additionally, we reported three CpGs that could be used as prognosis marker predicting the outcome of the flare episode. Finally, integration with a large single-cell RNA-seq dataset revealed the high heterogeneity of SLE samples and how the composition of our bulk samples was enriched by pathological cell subdivisions.
- TesiEstudio de nuevas aproximaciones terapéuticas aplicadas a patologías musculoesqueléticas en nuevos modelos animales que imitan la patología humana(Universitat de Barcelona, 2024-12-03) Vidal i Fornells, Laura; Marotta Baleriola, Mario; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] Las lesiones musculoesqueléticas afectan a músculos, huesos, articulaciones y tejidos asociados como tendones y ligamentos, causando dolor y reducción de la movilidad, lo que limita la vida social y genera un coste sanitario y social significativo. Además, se prevé que su prevalencia y efectos aumenten con el envejecimiento de la población. Las lesiones más frecuentes afectan sobre todo a músculos y tendones debido a su papel crucial en el aparato locomotor y su vulnerabilidad ante la actividad física. El músculo esquelético, que representa el 40-45% de la masa corporal, es vital para funciones como la movilidad y la estabilidad articular, entre otros. Este tejido es propenso a lesiones, y el proceso de regeneración puede llevar a una pérdida de funcionalidad debido a la formación de cicatrices fibróticas, causando deterioro físico, dolor e incomodidad. Por otro lado, los tendones, dada su función de conexión entre músculos y huesos, también son muy susceptibles a sufrir lesiones. El daño acumulado en el tendón puede desencadenar la tendinopatía, una patología crónica degenerativa que afecta a más de 30 millones de personas al año, caracterizada por dolor, pérdida de función y reducción de la tolerancia al ejercicio, haciendo que el tendón soporte peor las cargas repetidas. Para ambos tipos de lesiones se han desarrollado numerosos modelos tanto in vitro como in vivo para su estudio. Sin embargo, existe una falta de modelos que sean representativos y que imiten lo que ocurre en la clínica humana, lo que subraya la necesidad de desarrollar modelos óptimos y reproducibles que imiten mejor la patología humana y faciliten el desarrollo de terapias. Por todo ello, este proyecto se enfoca en estudiar los procesos fisiopatológicos de las lesiones musculares y tendinosas mediante el desarrollo de nuevos modelos y terapias basadas en células madre para mejorar la reparación del tejido afectado y reducir los efectos adversos de las lesiones. Se han desarrollado dos nuevos modelos animales: uno en rata para tendinopatía rotuliana y otro en oveja para lesión del músculo esquelético, ambos fáciles de reproducir y que reflejan realísticamente lo observado en la clínica humana. Estos modelos in vivo tienen un alto valor traslacional y serán útiles para futuros estudios y para desarrollar nuevas terapias. Para el modelo de tendinopatía rotuliana en rata hemos combinado la inyección intratendinosa de la enzima colagenasa con el hidrogel termosensible Pluronic, el cual gelifica a la temperatura corporal, para asegurar una administración precisa y localizada de la colagenasa en el interior el tendón y evitando el daño en estructuras adyacentes. Hemos corroborado que se reproducen las principales características típicas de la tendinopatía en humanos de desorganización, cambios en la expresión de componentes estructurales, neovascularización, inflamación, cambios en la resistencia a la tracción y aparición de calcificaciones intratendinosas. Para el modelo de lesión muscular en oveja hemos utilizado una técnica mínimamente invasiva mediante el uso de una aguja de biopsia para generar la lesión de manera reproducible, rápida y sencilla. Con este modelo hemos evaluado los procesos de lesión y regeneración y hemos observado características similares a lo observado en humanos, como la formación de tejido fibrótico, neoangiogenesis, inflamación, regeneración muscular y aparición de edema intramuscular. Asimismo, hemos usado este modelo de lesión muscular en oveja para evaluar el efecto terapéutico de las células PLX-PAD en la regeneración muscular y mediante los resultados obtenidos podemos sugerir un posible efecto de estas células en la mejora de la regeneración muscular mediante la reducción de la inflamación y de la fibrosis mediante la pro-angiogénesis. De modo que estas células pueden suponer una opción terapéutica prometedora para mejorar la regeneración muscular, con aplicaciones potenciales en pacientes con patologías musculoesqueléticas.
- TesiFinding new drugs for CNS diseases by targeting proteases: the case of matrix metalloproteinase-9 and prolyl oligopeptidase(Universitat de Barcelona, 2024-07-19) Trallero Canela, Nuria; Tarragó Clua, Maria Teresa; Prades Cosano, Roger; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Central nervous system (CNS) diseases are a broad category of conditions limiting health and the ability to function that affects nearly one in six people of the world’s population. Proteases are involved in a large number of diseases, which difficult therapeutic treatment since it requires the design of highly selective molecules that inhibits or activate these enzymes in addition to have the capacity to cross the Blood-brain barrier (BBB). Over the last decades, several proteases have been identified as potential targets to treat some CNS related disorders. This is the case of the prolyl oligopeptidase (POP) and the matrix metalloproteinase type 9 (MMP-9), which have been related to the cognitive impairment associate with schizophrenia (CIAS) and epilepsy development. POP, is a cytosolic serine endopeptidase that hydrolyses post-proline bonds of small peptides, it is expressed ubiquitous in the human body, but it has an increased expression and activity in the CNS. POP inhibition is known to have cognitive enhancing and neuroprotective effects in scopolamine-treated rats and an increase activity of POP has been described in plasma from schizophrenia patients, but its mechanism of action is not well understood. POP has been suggested to be involved in protein-protein interactions in addition to its enzymatic role. In this regard, several studies report suggest that POP interacts with other proteins expressed in neurons and accelerates alpha-synuclein protein aggregation. There are other studies that reported that Akt pathway could have some role in Schizophrenia patients. Following bibliography evidences and previous experimental results obtained in the group, I performed a multiplex assay of this pathway and other related experiments to analyse the role of POP in the Akt pathway. In these experiments it was confirmed that POP is involved in this pathway and that POP selective inhibition affects PP2A activity. On the other hand, by means of immunoprecipitations and western blots, I analyzed the potential direct interaction of POP with some proteins such as alpha-tubulin, GAP43, alpha-synuclein or PP2A and its possible involvement in the autophagic processes. All the experiments were performed in cells cultures or in mice in the presence or absence of the POP inhibitors IPR-19 and IPR-166, developed previously in the company. Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of zinc dependent endopeptidases that play an important role in tissue remodelling in physiological and pathological conditions through cleaving extracellular matrix proteins. The MMP subfamily of gelatinases is composed by the MMP-2 and MMP-9, which have reported to have a pivotal role in synaptic circuit remodelling, neuroinflammation and BBB maintenance. MMP-9 has been documented to drive the epileptogenesis process in several preclinical models of epilepsy, showing an up-regulation of the protease after a brain insult. High levels of MMP-9 have been also reported in human brain tissue of patients with epilepsy. It is well known that MMP-9 is involved in synaptic plasticity, learning and memory and is recognized as capable to degrade extracellular matrix (ECM) proteins. Despite the robust evidence of the role of MMP-9 in the development of epilepsy and their potential use as a therapeutic target, currently there are no selective MMP-9 inhibitors because the high structural homology between MMPs, which has challenged its use as therapeutic target. The company has developed a family of potent and selective gelatines inhibitors with the capacity to cross blood-brain barrier (BBB). However, these inhibitors have low proteolytically stability in plasma and are not active after oral administration. In this thesis, I have been involved in a team who designed and synthesised new gelatinase inhibitors with a higher rat plasma stability maintaining selectivity, potency and permeability across the BBB to obtain a lead candidate. After the synthesis and several in vitro assays, the two most promising candidates were selected to perform a pharmacokinetics (PK) and solubility test. Unfortunately, the pharmacokinetics were not satisfactory but first preliminary results of solubility and possible formulations were obtained.
- TesiLa disfàgia orofaríngia a la malaltia de la neurona motora. Prevalença, diagnòstic i dietoteràpia(Universitat de Barcelona, 2024-09-02) Romero Gangonells, Elisabet; Virgili Casas, Maria; Barceló Rado, Ma. Antonia (María Antonia); Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[cat] Introducció: la malaltia de la neurona motora (MND) cursa amb debilitat progressiva de la musculatura i acaba conduint a la mort del pacient en 3-5 anys. La supervivència augmenta fins a 10 anys en alguns fenotips. És considerada una malaltia minoritària, té una prevalença de 3-5 casos/100.000 habitants, i una incidència d’1-2 casos nous/100.000 habitants a l’any. L’afectació de la motoneurona superior i/o inferior en diferents territoris musculars dona lloc als diferents fenotips de la malaltia. L’ELA és la forma més prevalent, però en el moment actual, la MND engloba 6 fenotips diferents. La disfàgia orofaríngia és altament prevalent, aproximadament el 35% dels pacients presenten un fenotip d’inici amb afectació bulbar i disfàgia, i està descrit que fins un 80% dels pacients arribaran a desenvolupar disfàgia, independentment del fenotip d’inici. Aquesta condició limita la qualitat de vida de qui la pateix, i per això és imprescindible fer-ne un diagnòstic acurat i precoç. Objectius: anàlisi dels qüestionaris i escales de valoració de la disfàgia, així com l’ús de la tècnica instrumental gold standard (la videofluoroscòpia), en una població amb MND. L’estudi de prevalença de disfàgia en una mostra de pacients amb MND i la seva influència en la forma farmacèutica de riluzol i la supervivència. Per últim, millorar la qualitat assistencial amb l’elaboració de guies d’alimentació per a pacients amb MND i disfàgia, amb propostes de modificació de la textura dels aliments, per tal que els pacients puguin cobrir els seus requeriments nutricionals, augmentats per la pròpia malaltia. Resultats: els instruments de cribratge de la disfàgia disponibles són poc específics i sensibles en població amb MND. El qüestionari de qualitat de vida per a persones amb disfàgia (SwalQoL), així com les escales de valoració clínica específiques de l’MND, l’escala de severitat (ALS-SS) que avalua la deglució, aporten una informació més acurada de la presència de disfàgia en aquests pacients. En concret, el qüestionari SwalQoL FS revisat, desenvolupat en aquesta tesi, podria ser un bon instrument de cribratge per als pacients amb MND que realment no tenen disfàgia. La valoració instrumental de la disfàgia és d’especial interès ja que aporta informació objectiva sobre l’afectació del territori bulbar i la presència de signes d’alteració de la deglució que sovint passen desapercebuts amb la valoració clínica. La disfàgia condiciona la supervivència. Els pacients amb disfàgia tenen una supervivència menor que els pacients sense disfàgia. I s’ha observat que l’escenari pitjor és la disfàgia a líquids i sòlids, seguits dels que tenen disfàgia a sòlids i finalment dels que tenen disfàgia a líquids, diferències estadísticament significatives, (p<0,001). La publicació de la guia “Con Gusto”, amb la posterior ampliació “Comer y beber Con Gusto” suposa una millora de la qualitat assistencial dels pacients amb MND. La textura de fàcil deglució proposada a la segona part de la guia obre possibilitats de major adherència a les modificacions de textura per a persones amb disfàgia tal i com mostra el panell de valoració sensorial efectuada. Conclusions: Entre les eines disponibles per al cribratge i valoració de la disfàgia, la que presenta una millor especificitat i sensibilitat en pacients amb MND és l'ALS-SS. L'EAT-10 és menys precís en pacients amb MND. Aquests minimitzen els símptomes de disfàgia, l'ús de la videofluoroscòpia és necessari per objectivar les alteracions de la deglució. Disposar d’una guia d’alimentació específica per a l’MND i centrada en la disfàgia és de gran interès. Permet l'abordatge de la disfàgia a l’MND i en altres patologies que cursen amb disfàgia orofaríngia. Aquesta guia contribueix a millorar la qualitat assistencial dels professionals de la salut i la qualitat de vida dels malalts i cuidadors encarregats de les elaboracions alimentàries de pacients amb disfàgia.
- TesiAdvancing antileishmanial treatments through innovative nanotechnology in vitro approaches and characterization of novel therapeutic compounds(Universitat de Barcelona, 2024-09-12) Román Álamo, Lucía; Fernàndez Busquets, Xavier; Ávalos Padilla, Yunuen; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Leishmaniasis is a vector-borne disease, caused by the parasite Leishmania spp. and transmitted by sand flies of the genus Phlebotomus or Lutzomyia. There are over 12 million people infected worldwide and around one million new cases each year, which represents a significant global health challenge. Actually, leishmaniasis is the second deadliest parasitic disease in the world after malaria, but it is still considered a neglected tropical disease. The current treatment options of leishmaniasis face challenges, such as long regimens, drug resistance, side effects, issues related to the parenteral administration, limited availability in endemic regions, and high costs. Thus, there is an urgent need to develop new safer treatments with a better patient compliance and more effective than the actual antileishmanial drugs. In this work, three strategies are proposed to overcome some of the challenges mentioned above. Firstly, nanotechnology was applied with the aim of developing nanoformulations to encapsulate high amounts of pentamidine (one of the antileishmanial drugs currently used for clinical purposes) and, using heparin and chondroitin sulfate (CS) as targeting elements, to direct the nanoformulations to the free parasite or to macrophages infected with the parasite. Such specific delivery allowed for (i) increasing the targeting to macrophages when liposomes were coated with either heparin or CS, (ii) significantly reducing the IC50 of the drug on L. infantum and L. pifanoi promastigotes when liposomes were coated with heparin or chondroitin sulfate, (iii) significantly reducing the cytotoxicity on human umbilical endothelial cells, and (iv) obtaining a higher deposition of the nebulized liposomal preparations in the deeper stages of a human lung airway simulator when compared to free pentamidine. The second approach was focused on the search for new drugs with a different mechanism of action than the current antileishmanial drugs. In here, different compounds which interfere with protein aggregation showed some extent of antileishmanial activity. In particular, the bis(styrylpyridinium) salt YAT2150 had a better activity against L. infantum than most of the currently used drugs for the clinical treatment of leishmaniasis, including pentamidine, miltefosine and paromomycin. In relation to the mode of action of YAT2150, a reduction in the overall protein aggregation in a culture of L. infantum promastigotes was observed, according to Thioflavin T analysis. This finding aligns with the proposed mode of action of YAT2150 in P. falciparum determined in a previous study. The encapsulation of YAT2150 in liposomes or immunoliposomes functionalized with an antibody against LPG, significantly increased the selectivity index of the drug above 100. Therefore, the activity of YAT2150 against both Leishmania and Plasmodium represents a promising opportunity for the treatment of co-infections with these parasites. The third strategy was spurred by the urgent need to develop ligands that specifically recognise the parasite, and that could be used, e.g., for the functionalization of drug delivery systems or as diagnostic tools. GP63, is the major surface protein present in Leishmania promastigotes and constitutes one of its main virulence factors, playing a role in the adhesion of the parasite to the macrophage and in the survival of amastigotes. DNA aptamers were developed against a L. infantum mature form of GP63 (LiGP63m), using the systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) method. After 7 SELEX cycles, 5 individual aptamer sequences were selected, showing a high affinity for endogenous LiGP63 within a promastigote lysate, with a binding affinity in the μM range, according to an Aptamer Linked Immobilized Sorbent Assay (ALISA). In conclusion, the aptamers discussed here hold promise for interventions against leishmaniasis as potential diagnostic tools and as targeting molecules for drug delivery nanocarriers.
- TesiProtección de hígados patológicos frente a la lesión y al fallo en la regeneración asociado a la cirugía hepática(Universitat de Barcelona, 2024-11-08) Rojano Alfonso, Carlos; Peralta Uroz, Carmen; Casillas Ramírez, Araní; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] El hígado es un órgano vital para el organismo por la multitud de funciones que desarrolla. Cuando se compromete su actividad, puede ser necesario recurrir a una cirugía mayor hepática. La resección hepática, asociada generalmente a la eliminación macroscópica de tumores, aprovecha la capacidad del hígado para regenerarse. No obstante, esta regeneración está comprometida en diversas condiciones patológicas, como son la obesidad, el alcoholismo o la diabetes (T2DM), que están experimentando un auge en su prevalencia en la sociedad. En enfermedades hepáticas avanzadas, el trasplante hepático es la técnica que permite una mayor supervivencia en la práctica clínica. En la actualidad, la mayoría de los donantes de hígados patológicos provienen de donantes con muerte cerebral, asociada a un mayor daño del injerto provocando, a su vez, una mayor posibilidad de disfunción hepática o fallo primario del injerto tras la cirugía. Por otro lado, debido a la problemática en las listas de espera, se ha de recurrir a la utilización de tales injertos hepáticos procedentes de donantes de criterio extendido, es decir, con condiciones patológicas que afectan al trasplante hepático negativamente, incrementando las probabilidades de disfunción primaria del injerto o la necesidad de retrasplante, entre otras consecuencias. Entre las condiciones adversas más comunes, se encuentra la esteatosis, la diabetes o el alcoholismo. En ambas cirugías, es de especial relevancia el daño por isquemia y reperfusión, incrementado sus efectos adversos cuando el hígado se encuentra en condiciones anómalas. Entre los posibles candidatos a disminuir el daño por isquemia-reperfusión de estas cirugías, se encuentran los factores de crecimiento vascular endotelial A y B (VEGFA y VEGFB) y la hormona de crecimiento (GH), factores que hemos analizado en la presente Tesis Doctoral. Para ello, se ha establecido un modelo preclínico de resección hepática bajo oclusión vascular en presencia de T2DM, en el que se ha observado un aumento del daño hepático y fallo en la regeneración, asociado a bajas tasas de supervivencia. Este efecto negativo se vio exacerbado por la administración exógena de VEGFA y VEGFB, y fue parcialmente revertido a través de un aumento en la regeneración hepática con un inhibidor de la acción de VEGFA. Por otra parte, se estableció un modelo preclínico de enfermedad hepática asociada a alcohol (ALD) en donantes de injertos hepáticos procedentes de muerte cerebral (MC), seguido de isquemia fría de 24 horas y perfusión normotérmica ex vivo o trasplante hepático. En estos modelos ex vivo e in vivo, se observó como el efecto beneficioso resultante de la administración de GH y VEGFB en donantes desaparecía tras la isquemia fría (CI). No obstante, los efectos protectores resultantes de la administración de VEGFA exógeno en donantes se mantuvieron tras someter a los injertos hepáticos a un periodo de isquemia fría de 24 horas seguido de una perfusión normotérmica ex vivo o trasplante. Tales efectos beneficiosos se reflejaron en una reducción en la lesión hepática, mejoras en la regeneración y un aumento de la supervivencia de los receptores con injertos hepáticos con ALD procedentes de donantes con MC. Los resultados obtenidos a partir de la presente Tesis Doctoral son de relevancia clínica y social y permitirán contribuir al desarrollo de nuevas estrategias farmacológicas tanto en las cirugías hepáticas de las resecciones con hígados patológicos debido a la presencia de T2DM como en el trasplante de injertos hepáticos procedentes de donantes con criterio extendido debido a la presencia de ALD e isquemia prolongada de 24 horas.
- TesiDevelopment of a novel CPT1 enzymatic assay for drug screening. Synthesis and evaluation of UB006 derivatives and flavonoids’ effect on lipid(Universitat de Barcelona, 2024-11-22) Reina i Aibar, Marc; García Gómez, Jordi; Herrero Rodríguez, Laura; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Lipid metabolism (biosynthesis, storage, and mobilization of lipids within an organism) is a very important aspect of energy homeostasis and plays an essential. Obesity is a complex multifactorial disease characterized by sustained positive energy intake relative to expenditure leading to excessive accumulation of fat in adipose tissue, which poses significant health risks. Cancer cells also present alterations in lipid anabolism consequence of a metabolic reprogramming. This enables the cells to meet their high energy demands and building blocks necessary for rapid proliferation. CPT1 and FAS are key enzymes in lipid metabolism. The former is the rate-limiting step in fatty acid oxidation and the latter is essential for de novo fatty acid biosynthesis. Therefore, they have been object of study and pharmacological intervention with small molecules. In this work, we have (1) developed a novel CPT1 enzymatic assay, aiming to provide a screening tool for potential new CPT1 modulators. (2) We have also synthesized and tested new derivatives of (±)-UB006, a known FAS inhibitor without CPT1 effect. (3) Finally, we evaluated the effect of several flavonoids on lipid accumulation and browning of white adipocytes. Our results in the first chapter validated a CPT1 enzymatic activity assay suitable for LCMS quantification, using 1/4th of reagents per sample and up to 6 times more the number of samples per experiment compared to the radiometric assay currently used. This method was responsive to known CPT1 inhibitors and was applied to a variety of mouse tissues’ mitochondria-enriched fractions. The assay was also successfully applied to cell culture and ex vivo muscular fibres, allowing evaluation of CPT1 activity in different metabolic states and the study of known inhibitors. In the second chapter we synthesized six (±)-UB006 derivatives by modifying the lactone’s β-side chain. (±)-UB031 and (±)-UB035 improved the cytotoxicity profile against the OVCAR-3 cell line compared to (±)-UB006. (±)-UB035 and (±)-UB036 displayed at least 4-times higher solubility and comparable FAS inhibition profiles to (±)-UB006, despite (±)-UB035 showing higher cytotoxicity in OVCAR-3 cells. In the third chapter, we found that chrysin did not induce an mRNA expression profile of genes related to beiging such as Ucp1, Pparγ, or Pgc-1α in 3T3-L1 cells. Of the flavonoids tested, compound C increased overall lipid accumulation while baicalein inhibited differentiation to adipocytes of 3T3-L1 cells. In C. elegans, baicalein reduced lipid accumulation during larval development. In conclusion, we have a flexible CPT1 enzymatic assay that can be applied to mitochondria-enriched fractions, cell culture, and ex vivo muscular fibres. We have synthesized a more potent and soluble (±)-UB006 derivative, (±)-UB035. Finally, flavonoids have failed to induce beiging or affect lipid accumulation directly except baicalein. However, the effects observed in living organisms suggests that other mechanisms might be in play.
- TesiDesign and Evaluation of Enzyme-Powered Nanobots for Crossing Biological Barriers and Treating Cancer(Universitat de Barcelona, 2024-11-04) Serra i Casablancas, Meritxell; Sánchez Ordóñez, Samuel; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] The field of nanomedicine has garnered increasing clinical interest over the past few decades, leading to the approval of numerous products, particularly in oncology. This is due to their ability to encapsulate and deliver drugs directly to target sites, reducing required dosages and side effects while protecting the drugs from degradation. However, nanoparticle-based drug delivery systems have not significantly surpassed traditional treatments in terms of bioavailability, with only 0.0014% of injected doses being taken up by cancer cells, even with active targeting strategies. This inefficiency can be attributed to the various physical and biological barriers that nanoparticles must overcome, such as the extracellular matrix or the mucus barrier, which impede effective drug delivery. Therefore, this thesis aims to develop enzyme-powered nanobots as carriers of therapeutic agents capable of overcoming these barriers to enhance cancer treatment efficacy. In the first project, we established a bladder cancer murine model and administered urease-powered nanobots propelled with urea. These nanobots were able to penetrate the extracellular matrix and exhibit enhanced tumor accumulation compared to passive conditions. Moreover, treatment with a single administration of nanobots carrying radioiodine as a therapeutic agent resulted in a remarkable reduction in tumor size. The mucus barrier also poses a significant obstacle to efficient treatment delivery. In our second project, we developed catalase-powered nanobots capable of penetrating it. These nanobots are powered by H2O2, which serves not only as fuel but also as a mucolytic agent. Using an in vitro mucus-secreting model, we demonstrated a 60% reduction in mucus integrity after treatment with H2O2-propelled nanobots. Similar results were observed in ex vivo mouse colons, where intestinal mucus content decreased by 65% post-treatment. Barrier-crossing studies showed that only actively moving nanobots could significantly overcome the mucus layer. Building on this knowledge, our third project focused on pseudomyxoma peritonei, a mucinous carcinoma characterized by cancer cells growing embedded in mucus. To improve the delivery of the standard-of-care drug, we loaded it into the nanobots and used them as an all-in-one self-propelled mucolytic drug delivery system. We treated pseudomyxoma peritonei tumors ex vivo and confirmed that the drug alone cannot overcome the thick mucus to reach the cancer cells. However, treatment efficacy was significantly enhanced in terms of reduced tumor cell viability when using drug-loaded nanobots powered by H2O2, as the degradation of mucus combined with the movement of the nanobots facilitates drug delivery. Overall, this thesis highlights the potential of enzyme-powered nanobots as a versatile platform for cancer treatment. The advancements presented herein could lead to more effective therapeutic strategies, addressing significant barriers in current treatments and ultimately improving patient outcomes in oncology.
- TesiInvestigating abdominal aortic aneurysm mechanisms: searching for new therapeutic targets to restrain inflammation and vascular remodelling(Universitat de Barcelona, 2024-06-21) Puertas Umbert, Lídia; Rodríguez Sinovas, Ma. Cristina; Martínez González, José; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a prevalent vascular degenerative disease defined as a focal and permanent dilation of the aorta at the abdominal level. The progressive weakening of the aortic wall can ultimately lead to rupture, a severe consequence associated with high mortality rates. The key factors contributing to the weakening and bulging of the aortic wall are chronic inflammation, proteolytic degradation of the extracellular matrix, loss of vascular smooth muscle cells (VSMCs) by apoptosis, and increased oxidative stress and neoangiogenesis. Currently, there are no pharmacological treatments to prevent AAA rupture or slow down its progression, and the only therapeutic option is the surgical repair of AAA at high risk of rupture, a procedure associated with high morbi-mortality. Thus, it is imperative to find new therapeutic targets for AAA. In recent years, our group has focused on studying the molecular mechanisms underlying the destructive remodelling of the vascular wall in AAA, postulating new therapeutic targets, with special emphasis on the repositioning of drugs with anti-inflammatory activity already used for other pathologies. In the present study, we found that the Wnt signalling pathway was dysregulated in AAA. In particular, the active form of catenin was increased in the aorta from patients with AAA. In agreement, catenin was also upregulated in the aneurysmal lesions from the classical model of AAA [apolipoprotein E deficient (ApoE-/-) infused with Ang II] compared to control animals. However, the pharmacological inhibition of the Wnt signalling pathway at two levels limited cardiac hypertrophy but had no beneficial effect on preventing AAA. Previous studies from our group observed that the phosphodiesterase 4B (PDE4B) was increased in human AAA by microarray studies. In this study, we confirmed the overexpression of PDE4B in the abdominal aortas from two cohorts of patients. PDE4B was primarily located in inflammatory cells and to a lesser extent in VSMCs. In agreement, a similar profile was detected in the aortas from ApoE-/-mice infused with Ang II. In these mice, PDE4 inhibition with rolipram prevented the formation of Ang II-induced aneurysms by reducing vascular remodelling, MMP activity, inflammation and oxidative stress, without affecting blood pressure or cardiac hypertrophy caused by Ang II. We further analysed the molecular mechanisms underlying the beneficial effects of rolipram. In this context, we demonstrate that rolipram modulates the expression of enzymes involved in redox homeostasis and affects cell signalling pathways implicated in the formation of AAA. Likewise, here we show and induction of the phosphorylated form of ATP-citrate lyase (p-ACLY) in human AAA as well as in two animal models susceptible to Ang II-induced AAA: the ApoE-/- and mice overexpressing the human nuclear receptor NOR-1 (Neuron-derived orphan receptor-1) in the vascular wall (TgNOR-1VSMC). P-ACLY localised to inflammatory infiltrate in the aneurysmal lesions. The preventive treatment with bempedoic acid (BemA), a newly approved drug for the treatment of hypercholesterolemia and dyslipidaemia, protected against AAA formation in Ang II-infused ApoE-/- and TgNOR-1VSMC, without affecting the increase in blood pressure. BemA attenuated the exacerbated vascular remodelling and the disorganisation and rupture of elastic fibres induced by Ang II in these two models. Moreover, ACLY inhibition prevented the recruitment of macrophages and neutrophils within the aneurysmal lesion in experimental AAA. In ApoE-/- mice, the inhibition of ACLY shifted splenic monocytes toward a functionally anti-inflammatory phenotype, and attenuated the systemic inflammation. Overall, these results point to PDE4 as a pharmacological target for AAA and to BemA as a promising therapeutic strategy for AAA.
- TesiEffect of different types of Mediterranean diet, types and quality of breakfasts, and sourdough bread on cardiometabolic risk in a population with high cardiovascular risk(Universitat de Barcelona, 2024-12-03) Pérez Vega, Karla Alejandra; Fitó Colomer, Montserrat; Hernáez Camba, Álvaro; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Cardiovascular diseases are a major public health concern in Spain, where they are the leading cause of death. Lifestyle interventions, and diet in particular, are useful strategies to prevent cardiovascular disease and improve its risk factors. Dietary modifications can be broad (modifying the whole dietary pattern) or more specific (focusing on a particular meal or a specific food item). The role of many of them on classic and novel cardiovascular risk factors has not yet been studied in high cardiovascular risk populations Mediterranean diet and its combination with other lifestyle modifications (such as calorie reduction and physical activity) are known to decrease cardiovascular risk by a plethora of mechanisms. However, their specific effects on the atherogenicity of very-low-density lipoproteins intimately linked to triglyceride biology, have not been fully investigated. In addition, although the role of breakfast skipping in cardiovascular health is increasingly studied, there is limited research on how an adequate energy intake in breakfast or its nutritional composition of breakfast impact cardiometabolic risk factors. Finally, despite substantial research on key components of the Mediterranean diet, the impact of bread on cardiovascular risk has been less explored. This thesis aims to assess the effects of the Mediterranean diet, breakfast energy intake and quality, and the consumption of sourdough bread with different fermentation times on diverse set of cardiometabolic risk factors in individuals at high risk of cardiovascular disease. The first study, conducted with participants from the PREvención con DIeta MEDiterránea (PREDIMED) study and the PREDIMED-Plus study, evaluated the role of traditional and energy-restricted Mediterranean diet on the atherogenicity of very-low-density lipoproteins. After a 1-year intervention with the traditional Mediterranean diet, participants exhibited a reduction in very-low-density lipoprotein atherogenicity (lower apolipoprotein C-III levels, a trend towards lower lipoprotein lipids and apolipoprotein C-I concentrations, and an increase in the lipoprotein capacity to transfer triglycerides ex vivo) compared to those on a low-fat diet. However, no additional benefits were observed with a calorie-restricted Mediterranean diet combined with increased physical activity. The second study followed participants from the PREDIMED-Plus cohort over a period of 36 months to investigate the association of breakfast energy intake (low, high, or reference) and quality (low or high) with cardiometabolic traits, including body mass index, lipids, glucose, and kidney function. Participants who consumed 20-30 % of their daily energy intake at breakfast had lower body mass index, waist circumference, and triglyceride levels, as well as higher high-density lipoprotein cholesterol concentrations, compared to those consuming lower (less than 20%) or higher (greater than 30%) energy intake at breakfast. Higher-quality breakfasts were linked to lower waist circumference and triglycerides, higher high-density lipoprotein cholesterol, and improved kidney function. The third study was a double-blind clinical trial that examined the effects two two-month interventions of short-fermentation (2 hours) and long-fermentation (48 hours) sourdough bread on inflammation, satiety markers, and gut microbiota composition in adults with metabolic syndrome. Minimal changes in inflammation markers were observed over the two-month period. However, the joint effect of both types of sourdough bread reduced levels of soluble intercellular adhesion molecule-1 and diastolic blood pressure. The short-fermentation bread further decreased levels of plasminogen activator inhibitor-1. We observed no significant changes in diversity or abundance of gut microbiota after the intervention. This thesis enhances our understanding of how different dietary levels, ranging from overall dietary patterns to specific food choices, affect cardiovascular risk factors and metabolic health. The Mediterranean diet and breakfast quality are highlighted as key factors in regulating lipids and managing body fat. Individual foods such as sourdough bread could have effects on inflammatory and cardiometabolic markers although they remain to be fully explored.
- TesiPegilación y liofilización de nanopartículas sólidas lipídicas con colesteril oleato como vectores de ácidos nucleicos(Universitat de Barcelona, 2024-05-29) Narváez Narváez, David Andrés; Suñé Pou, Marc; Suñé Negre, Carlos; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] Las nanopartículas catiónicas sólidas lipídicas (cSLN) han surgido como una herramienta prometedora en terapias genéticas y de ARN. Esta investigación se enfocó en mejorar la formulación existente de SLNs con colesteril oleato (CO-cSLNs), incorporando polietilenglicol (PEG) en su superficie para desarrollar nuevas formulaciones de PEG-cSLNs. La PEGilación se identifica como un factor relevante para mejorar la estabilidad y protección de estas nanopartículas, junto con la optimización del proceso de liofilización para preservar sus propiedades fisicoquímicas. Además, se enfatiza la reducción del tamaño de partícula mediante métodos físicos y químicos para optimizar la formulación. Se ha evaluado exhaustivamente el impacto del PEG en las características fisicoquímicas y biológicas de las CO-cSLNs para comprender su efecto en los atributos críticos de calidad (CQA), analizando parámetros como el tamaño de partícula (PSD), índice de poldispersidad (PdI), potencial zeta (ZP), morfología, estabilidad, citotoxicidad y eficiencia de carga. Se identificó la combinación óptima de excipientes para la PEGilación y se establecieron las condiciones ideales para la liofilización. Se desarrollaron y compararon cinco formulaciones diferentes de PEG-cSLNs en estado suspendido sin liofilizar y liofilizado, evaluando los parámetros del ciclo de liofilización y la reducción del tamaño de partícula mediante ajustes en la ultra agitación y la incorporación de cistamina como excipiente adicional. Se identificaron los parámetros críticos de proceso (CPP) que afectan la estabilidad de las nanopartículas liofilizadas, estableciendo así un proceso de liofilización estandarizado y optimizado. Se determinó que la sacarosa, con una concentración del 20%, actuaba eficazmente como crioprotector. En suspensión acuosa sin liofilizar, las formulaciones de PEG-cSLNs presentaron tamaños de partícula alrededor de 170 nm, mientras que liofilizadas con una receta convencional oscilaron entre 200 y 300 nm, con valores de potencial zeta entre 30 y 35 mV. A pesar de lograr reducir el tamaño de partícula (120–130 nm), las PEG-cSLNs con cistamina experimentaron cambios drásticos en sus propiedades fisicoquímicas durante la liofilización, incluso con la receta optimizada, sugiriendo la necesidad de estandarizar un nuevo proceso. Sin embargo, se obtuvieron PEG-cSLNs estables y biocompatibles, con una morfología aceptable y con la capacidad de formar complejos con material genético, representando un recurso potencial para ensayos in vivo. Esta investigación contribuye al desarrollo y comprensión de las CO-cSLNs PEGiladas, destacando la importancia de la PEGilación para mejorar su estabilidad y la necesidad de abordar desafíos específicos relacionados con la liofilización para futuras investigaciones biomédicas. Estas nanopartículas presentan un potencial prometedor para diversas aplicaciones biomédicas, especialmente en el ámbito de las terapias genéticas y de ARN.
- TesiRole of HIVEP2 in drug-tolerant persister cancer cells and tumor recurrence(Universitat de Barcelona, 2024-12-17) Mur Espinosa, Alex; García Palmer, Héctor; Martínez-Quintanilla Martínez, Jordi; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[eng] Colorectal cancer (CRC) is a leading cause of death worldwide and tumor recurrence is a frequent complication that arises from minimal residual disease (MRD). Patients can relapse months or even years after an apparent remission of the disease when tumors regrow as metastatic and drug resistant. At these advanced stages, cancer is refractory to most available treatments, presenting the poorest prognosis and leading to high mortality rates. MRD comprises a small subpopulation of cancer cells that survive treatment and remain undetectable to the available diagnostic tools as latent seeds of the disease. These drug-tolerant persister (DTP) cells -which includes dormant and slow-cycling cancer cells (SCCCs)- are characterized by being quiescent and drug resistant due to non-genetical perturbations, since these cells can alternate between proliferating and quiescent periods. Although great efforts have been made trying to characterize and target these DTP cells, our knowledge regarding the mechanism underlying the biology of these cells is still limited. Thanks to characterization of SCCCs from different tumor origins as diverse as CRC, melanoma and glioblastoma, we identified several transcription and epigenetic factors highly expressed in these cells and other dormant models (e.g. D-HEp3), among which HIVEP2 is highly expressed. In the present work, we characterized for the first time the role of HIVEP2 in the biology of DTP cells and its implication in tumor recurrence. HIVEP2 is a transcription factor involved in the regulation of the expression of a wide range of genes, and extremely important for the regulation of inflammation and immune response and the proper development of the brain and cognitive functions. In this doctoral thesis we have uncovered the role of HIVEP2 regulating cell proliferation and self-renewal and providing intrinsic mechanisms to chemotherapy-resistance using genetically modified CRC models. Overexpression of HIVEP2 causes cell cycle arrest delaying tumor growth. However, it confers full resistance to chemotherapies such as 5-fluorouracil (5FU) in vivo. This observation could explain why CRC patients with high levels of HIVEP2 exhibit worse progression free survival after chemotherapy treatment. In silico analysis of drug sensitivity in multiple cancer cell lines depicted that those with high levels of HIVEP2 are more resistant to a wide range of chemotherapies, which we achieved to validate for 5FU in different CRC models of patient-derived xenograft organoids (PDXOs). Unfortunately, we were not able to validate the predicted sensitivity to the kinase inhibitor sapitinib. The enhance on AKT and ERK activation seems to be responsible for the increased chemoresistance, since both signaling cascades can trigger pro-survival responses. Additionally, other mechanisms identified by gene expression analysis and immunohistochemistry of tumor sections that can be involved in drug-tolerance are the upregulation of ATP-binding cassettes transporters, aberrant expression of keratins and a mucinous differentiation of the tumors. All these processes have been previously described to be involved in resistance to chemotherapies. Finally, we also provided evidence suggesting that HIVEP2 may be involved in dissemination, since we detected an increased number of dormant disseminated tumor cells in the organs of chicken embryos. Altogether, our findings highlight the importance of HIVEP2 in cancer progression and chemotherapy resistance in CRC. HIVEP2 overexpression not only confers resistance to conventional treatments, but also promotes the survival and dissemination of dormant tumor cells. These findings enhance our understanding of DTP cells and offer potential strategies for developing new targeted therapies aimed at eradicating this subpopulation of cancer cells.
- TesiMecanismos de señalización en el trasplante hepático de donantes con criterio extendido(Universitat de Barcelona, 2024-11-22) Micó Carnero, Marc; Peralta Uroz, Carmen; Casillas Ramírez, Araní; Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació[spa] En la práctica clínica, el trasplante de hígado supone una de las pocas soluciones a enfermedades hepáticas en estado terminal. Multitud de personas fallecen esperando un injerto hepático debido a la escasez de órganos. Actualmente, entre el 70 y el 80% de los órganos disponibles para trasplante proceden de donantes con muerte cerebral (BD), lo que reduce la tolerancia de estos injertos a la lesión por isquemia-reperfusión (I/R), reduciendo la viabilidad de los mismos. La falta de órganos disponibles, ha derivado en la utilización de hígados denominados “injertos de criterio extendido” para el trasplante, como los que presentan esteatosis (50% de los injertos procedentes de donantes con BD. La presencia de esteatosis hepática se considera un factor de riesgo para el éxito en la cirugía de trasplante ya que estaría afectando a los resultados post-operatorios. Esta condición es cada vez más prevalente en la sociedad y puede ser debida a varios factores como la dieta o el consumo abusivo de alcohol. Este último factor, estaría también causando un gran número de patologías hepáticas que se engloban dentro de las ALD (enfermedad hepática relacionada con el consumo de alcohol), lo que estaría también afectando a la viabilidad de los injertos según los datos de la ONT (Organización Nacional de Trasplantes). En la presente tesis hemos establecido que: (a) el tratamiento con emulsiones lipídicas protege a los injertos esteatósicos de donantes con BD frente a la lesión por isquemia-reperfusión e inflamación; (b) la neuregulina-1 endógena estaría ejerciendo efectos beneficiosos frente al daño inducido por I/R en el TH con injertos procedentes de donantes con BD mediante las vías NRG1-PAK1-VEGFA (injertos no esteatósicos) y NRG1-PAK1-IGF1 (injertos esteatósicos); y (c) la GH protege a los injertos con ALD procedentes de DBDs antes de su extracción mediante el aumento en la expresión de VEGFB y de VEGFA en el intestino. Los resultados derivados de la presente tesis son de interés científico y clínico y son de vital importancia para contribuir al desarrollo de nuevas estrategias farmacológicas para en última instancia mejorar la viabilidad de los injertos hepáticos sometidos a trasplante, mejorar los resultados post-operatorios y evitar el problema socioeconómico que representa la escasez de órganos disponibles para el trasplante. En la presente Tesis Doctoral se presentan estrategias que pueden ser útiles en el trasplante hepático con injertos procedentes de donantes con BD con injertos con criterio extendido, los cuales son rechazados para trasplante por sus condiciones patológicas, lo cual no hace más que agravar la problemática clínica de las listas de espera.