Evaluando nanoparticulas inorgánicas en el organismo vivo Caenorhabditis elegans

Resumen

En esta tesis hemos usado el modelo animal Caenorhabditis elegans (C. elegans) como sistema biológico vivo en el que evaluar nanopartículas (NPs) para aplicaciones biomédicas. En concreto, hemos evaluado el comportamiento de dos tipos de partículas inorgánicas con diferentes tamaños y propiedades de superficie: NPs de óxido de hierro (SPIONs) recubiertas de citrato y de albúmina sérica bovina (BSA), y NPs de oro recubiertas de citrato de dos tamaños distintos (10 nm y 150 nm). Hemos estudiado las interacciones nano-bio en C. elegans con especial atención en las propiedades de los materiales in vivo incluyendo su estado, ingestión, localización, efectos biológicos y mecanismos moleculares. Con esta finalidad, hemos combinado ensayos de toxicidad, técnicas de ciencia de materiales y de imagen, y análisis de la expresión génica. También hemos investigado la influencia de la composición de las NPs, de su recubrimiento superficial y de su tamaño in vivo, y comparado nuestros resultados con estudios previos. Es destacable el hecho de haber podido realizar todas estas evaluaciones biológicas en el mismo laboratorio donde hemos sintetizado y caracterizado las partículas gracias a las ventajas experimentales de C. elegans. De este modo, esta tesis valida el uso de C. elegans como un modelo animal simple para evaluar NPs en las etapas iniciales de desarrollo. A través de técnicas de microscopía, vimos que las NPs entraban al cuerpo del gusano durante el proceso de alimentación y se acumulaban siguiendo patrones particulares según las propiedades de las NPs. Las NPs de oro no eran internalizadas por las células intestinales de C. elegans, mientras que detectamos SPIONs en el compartimento lisosomal de estas células. En ningún caso detectamos translocación de NPs a órganos secundarios, ni entrada por otras vías (ej. dermal) u orificios del cuerpo. Para caracterizar el perfil toxicológico de las NPs, estudiamos diferentes parámetros toxicológicos letales y sub-letales. Observamos que la LD50 de las SPIONs casi doblaba (600 µg/ml) el valor de las NPs de oro de 11 nm (350 µg/ml), lo cual indica que las SPIONs son más biocompatibles que las de oro. Las BSA-SPIONs afectaron el estado de C. elegans menos que las C-SPIONs, sugiriendo un efecto protector del recubrimiento de BSA. De forma similar, vimos que las NPs de oro de 150 nm eran menos tóxicas que las de 11 nm, lo cual indica que el tamaño de las NPs es relevante para sus efectos in vivo. El uso de técnicas fisicoquímicas nos permitió cuantificar la ingesta de NPs por parte del gusano y nos permitió también caracterizar el estado de las NPs en C. elegans. Dentro del animal, las SPIONs mantenían sus propiedades magnéticas iniciales pero eran parcialmente degradadas en el intestino, especialmente las recubiertas de citrato, con la consiguiente liberación de iones hierro. Las NPs de oro resultaron más resistentes a la degradación pero observamos cierto grado de agregación, que era reversible y dependía de la región del intestino donde se localizaban las NPs. Mediante experimentos in vitro, confirmamos que el pH y la presencia de biomoléculas en el intestino puede contribuir a determinar el estado de las NPs in vivo. Por otro lado, estudiamos e identificamos mecanismos moleculares afectados por la exposición a NPs usando técnicas genéticas. Observamos que las NPs alteraban los mecanismos de estrés oxidativo y de detoxificación de metales, lo cual sugiere que están implicadas en la respuesta de C. elegans a las NPs. En el caso de las SPIONs, detectamos efectos dependientes del recubrimiento: mientras que las partículas recubiertas de citrato afectaban el procesamiento de información ambiental y genética, las recubiertas de BSA afectaban el funcionamiento metabólico. En conjunto, creemos que el tratamiento con NPs es capaz de activar mecanismos de estrés general y también rutas específicas que dependen de las propiedades de las NPs. En resumen, esta tesis ha contribuido a: i) extender el abanico de técnicas usadas para caracterizar interacciones nano-bio en C. elegans; ii) una evaluación sistemática y extensa de las interacciones entre NPs y C. elegans, desde la síntesis del material hasta el análisis de mecanismos moleculares; y iii) estudiar la influencia de las propiedades de las NPs en sus efectos in vivo.

Fecha de lectura	16 dic 2016
Idioma original	Indefinido/desconocido
Supervisor	Anna Laromaine Sagué (Director/a), Anna Roig (Director/a) & Gemma Garcia (Tutor/a)