Comportamiento electroquímico de moléculas de interés biológico y ambiental: Electroanalítica

El proyecto abarca diferentes aspectos relacionados con la electroquímica de moléculas orgánicas, priorizando las de interés biológico. Se estudia el comportamiento electroquímico de los sistemas enzimáticos, de los macrociclos y sus complejos de inclusión y de las interfases líquido/líquido modificadas o no por monocapas de sustancias anfipáticas, frente al transporte de iones, iones complejos e ionóforos. Se estudian además procesos de adsorción de iones complejos aplicables al análisis de trazas de iones metálicos. En todos los casos se estudian aspectos básicos y sus aplicaciones electroanalíticas. 1) Comportamiento electroquímico de moléculas orgánicas y de sus complejos de inclusión con ciclodextrinas: se estudia el efecto del macrociclo sobre la reacción de transferencia de carga del ácido ascórbico y de otras moléculas de estructura fenólica o derivados de los catecoles, tales como neurotransmisores y sus metabolitos relacionados. 2) Electrodos enzimáticos: se estudia el comportamiento de polifenol oxidasas provenientes de diversas fuentes, frente a sustratos fenólicos o derivados de catecoles, tales como neurotransmisores y sus metabolitos relacionados. Las enzimas se inmovilizan sobre electrodos de carbono y sobre electrodos de sales orgánicas conductoras mediante diferentes metodologías. Se analizan las aplicaciones analíticas. 3) Interfases líquidas: se continúa con el estudio de la transferencia de iones a través de la interfase H2O/1,2-dicloroetano modificada por la presencia de una monocapa de fosfolípido, como así también del mecanismo de transporte de cationes alcalinos y alcalino-térreos en presencia de distintos ligandos. 4) Estudio de la adsorción de complejos de cationes metálicos sobre electrodos de mercurio y de carbono. Se determinan parámetros de la etapa de transferencia de masa y de la adsorción propiamente dicha, tendientes a establecer los mecanismos de reacciones involucradas en las técnicas voltamétricas de adsorción-desorción. Se compara con técnicas voltamétricas de deposición disolución para los mismos cationes metálicos, con especial énfasis en las aplicaciones analíticas relacionadas con la determinación de cationes metálicos a nivel de trazas.

Evaluación de las alternativas al uso de bromato de potasio en la obtención de pan por el método tradicional argentino

El bromato de potasio se ha usado durante muchos años como mejorador en la elaboración de pan. En los últimos años numerosos países han prohibido su utilización debido a su toxicidad y lo han reemplazado exitosamente con otros agentes, tales como ácido ascórbico, azodicarbonamida, yodato de potasio, sulfato cúprico y otros. Debido a los acuerdos del Mercosur esta prohibición se extenderá a Argentina. En nuestro país se utiliza un método de panificación que se caracteriza por los largos tiempos de fermentación y la escasa cantidad de levadura que se añade. En los pocos ensayos realizados con este método de panificación no han encontrado aditivos que puedan suplantar con buenos resultados al bromato. Atendiendo a esta problemática se plantean los siguientes objetivos: * Establecer una mezcla de aditivos, cuyo uso esté autorizado en Argentina, que sea apta para reemplazar el bromato de potasio produciendo la menor cantidad de transformaciones en la tecnología de panificación tradicional- * Estudiar los efectos que producen el bromato de potasio, el ácido, ascórbico, la azodicarbonamida, el yodato de potasio y de calcio, y el sulfato cúprico sobre las proteínas de las harinas. * Realizar un aporte al conocimiento de las modificaciones que provocan los agentes mejoradores sobre los productos de panificación.

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

VACUNAS: estudio de un sistema portador (nanoestructura) del adyuvante CpG-ODN para la inducción de una respuesta inmune

Numerosas sustancias fueron ensayadas como adyuvantes de vacunas pero sólo un número reducido se utiliza en veterinaria y humanos (1) (2). El “aluminio” es el único aprobado por la FDA para humano (3). Es seguro pero débil cuando se utiliza como inmunógeno proteínas recombinantes (4) y no genera Th1 y CTL (5-7). Las vacunas de nueva generación trajeron aparejado el advenimiento de una nueva generación de adyuvantes, entre ellos los CpG-ODN. Este adyuvante induce respuesta humoral, Th1 y CTL (8). CpG-ODN se utiliza en humanos, en muchos casos con éxito (“trials” clínicos en fase I-III). Un beneficio adicional es su habilidad de desarrollar una respuesta inmune efectiva en grupos que responden poco a la vacunación (neonatos, ancianos e inmunosuprimidos) (9-12). Sin embargo, a pesar de que existe plena evidencia que CpG-ODN tienen potente actividad como adyuvante, se visualizan varios problemas (vida media corta, biodistribución y farmacocinética no favorable, alta unión a proteínas plasmáticas, baja internalización celular y efectos independientes de la secuencia CpG (13)) que hacen que su biodisponibilidad sea reducida, hecho que representa una limitación para su uso clínico. Debido a esto, se han estudiado diferentes estrategias para formular CpG-ODN (liposomas, nano/micropartículas de lípidos catiónicos o polímeros biodegradables y emulsiones) (14-19). Estos sistemas han mejorado la actividad inmunoestimulatoria de CpG-ODN, sin embargo adolecen de problemas como son la imposibilidad de síntesis en escala comercial y la toxicidad observada sobre todo con las matrices catiónicas (20). Nosotros proponemos utilizar sistemas nanoestructurados de cristales líquidos formados a partir de ésteres del ácido ascórbico (coageles) como vehículo de CpG-ODN con el fin de promover un aumento de su actividad biológica. Utilizaremos la nanoestructura del ester formado entre el ácido ascórbico y ácido palmítico (coagel ASC16). Nuestros estudios previos indican que el coagel ASC16 aumenta la actividad adyuvante de CpG-ODN ya que ratones inmunizados con OVA/CpG-ODN/coagel ASC16 desarrollaron mayores títulos de anticuerpos (IgG, IgG1 e IgG2a) e IFNg que aquellos animales tratados con OVA/CpG-ODN. El coagel ASC16 ofrece varias ventajas como biomaterial para la preparación de vehículo: a)sus componentes son biodegradables (vitamina C, ácido graso esencial), b)la vitamina C conserva sus propiedades antioxidantes y es clasificada por la FDA como un antioxidante natural y seguro, c)es bien tolerado fisiológicamente y d)es posible desde el punto de vista técnico producirlo en gran escala. Hipótesis: creemos que con esta estrategia de vehiculización lograríamos la/s siguientes ventajas: a)aumentar la vida media de CpG-ODN aumentando la resistencia a nucleasas y/o logrando que CpG-ODN permanezca mayor tiempo tanto en el sitio de inyección como en los tejidos donde se induce la respuesta inmune, b)aumentar la internalización celular de CpG-ODN y del antígeno por células presentadoras de antígeno, c)crear un efecto “depot” (liberación sostenida en el tiempo) en el sitio de inyección. Objetivos: 1)evaluar la capacidad adyuvante de CpG-ODN vehiculizado en el coagel ASC16 2)estudiar el mecanismo por el cual el coagel ASC16 mejora la actividad adyuvante de CpG-ODN. Estudiaremos la influencia del coagel sobre CpG-ODN en la farmacocinética, biodistribución, “up-take” y activación celular, protección de nucleasas y liberación sostenida en el tiempo (“depot”). Además se evaluará si el coagel tiene actividad inflamatoria “per se”. Si bien aquí contemplamos el estudio de CpG-ODN en animales, hay que tener en cuenta que CpG-ODN tiene una alta posibilidad de ser aprobado para uso humano en un tiempo cercano. Esperamos establecer que CpG-ODN está apropiadamente formulado en el coagel, punto de partida para el desarrollo de un nuevo sistema portador de adyuvantes. Asi, la información obtenida podría constituir una plataforma para nuevos desarrollos biotecnológicos.

Participación de las células de la cresta neural en el desarrollo de anomalías inducidas por agentes exógenos (síndrome fetal alcohólico y embriopatía por ácido retinoico)

En la etapa embrionaria temprana de los vertebrados, las células de la cresta neural (CCN) se segregan del tubo neural y se distribuyen con patrones temporales y espaciales muy precisos, contribuyendo a la formación de muchos derivados: neuronas y glía del sistema nervioso periférico, parte del sistema endócrino, sistema pigmentario y la mayor parte de los tejidos cráneo-faciales. Las bases morfogenéticas de esta movilización de las CCN se asocian con la disponibilidad de componentes de la matriz extracelular, con fenómenos de apoptosis selectiva, y con la expresión de genes homeóticos, de proteínas transportadoras de retinoides y de receptores de ácido retinoico (AR). En consecuencia, el mecanismo que define el comportamiento de las CCN migratorias asume una especial importancia, desde que cualquier fallo producido en estos "reguladores topográficos" podrá alterar la ordenada traslocación de CN, induciendo una dismorfogénesis. (...) Objetivos: 1) Analizar el comportamiento dinámico de la etapa migratoria temprana de las CCN de niveles cefálico y troncal expuestas a etanol o AR in vitro. 2) Evaluar la posible reversibilidad de los efectos del etanol y del AR sobre la morfología y dinámica migratoria de las CCN de niveles cefálico y troncal in vitro. 3) Analizar los componentes del citoesqueleto asociados con los cambios de forma y motilidad celular en CCN de niveles cefálico y troncal expuestas a etanol y AR in vitro. Los resultados del proyecto permitirán aportar al conocimiento de los mecanismos básicos que regulan la movilidad de poblaciones celulares de gran importancia para el desarrollo humano. Los datos obtenidos servirán de base para futuros enfoques de biología molecular tendientes a innovar aspectos del diagnóstico, pronóstico y prevención de patologías humanas de creciente prevalencia provocadas por el etanol (FAS) y los retinoides (RAE).

Acción de LH, HCG, FSH, Estrógenos, Ácido Retinoico y Tamoxifeno sobre especializaciones de membranas de células del ovario del pollo durante su embriogenesis

En trabajos previos analizamos los efectos de hormonas esteroideas y gonadotrofinas como factores determinantes de la progresión de un ovario funcionante y la atrofia del otro. Por otra parte se ha comprobado que las diferenciaciones de membranas juegan un rol importante en la migración, crecimiento y diferenciación durante la embriogénesis y en procesos carcinogénicos. Nosotros demostramos que los contactos intercelulares sufren modificaciones bajo la influencia de hormonas. También se postula que la inhibición de la comunicación intercelular a través de las uniones gap es el mecanismo de acción de diferentes agentes teratogénicos como así también de diversas clases de promotores tumorales. Se cree que los análogos de la vitamina A reducirían el riesgo del cáncer y por ello se utilizarían en la protección contra la inducción de tumores benignos o malignos. Sin embargo, los resultados son contradictorios. Algunos autores estudiaron el efecto del tamoxifeno sobre gónadas de embrión de pollo in ovo demostrando su efecto antiestrogénico. Actualmente, el mecanismo de acción está siendo revisado ante los efectos de resistencia observados en el tratamiento del cáncer de mama. Por ello nos propusimos estudiar in ovo e in vitro la acción de LH, HCG, FSH; 17-B-Estradiol, ácido retinoico y tamoxifeno sobre las diferenciaciones de membranas y contactos intercelulares en las gónadas femeninas del pollo durante su embriogénesis. Debemos destacar que en el pollo ocurren simultáneamente la diferenciación y crecimiento del ovario izquierdo y la atrofia del ovario derecho. Estos dos acontecimientos son frecuentes en el desarrollo normal de todos los embriones incluyendo el humano. Cuando el equilibrio de los mismos se altera por acción de diferentes inductores o inhibidores, se producen serias malformaciones. Por lo tanto, nuestros resultados podrían explicar algunos de los mecanismos probables que rigen su etiopatogenia. Además nos permitirá obtener información sobre los mecanismos de control y su extrapolación a las células tumorales. El cáncer de ovario es una frecuente causa de muerte en la mujer y en la mayoría de los casos proviene del epitelio superficial.

Producción de ácido Itacónico por Aspergillus terreus y de Ácido Hialurónico por Streptococcus equi subsp. equi en Biorreactores de Tanque Agitado. Production of Itaconic Acid by Aspergillus terreus and of Hyaluronic Acid by Sreptococcus equi subsp. equi in Stirred Tank Bioreactors.

El proyecto aborda el problema general de establecer una metodología para el cambio de escala de la producción de metabolitos en biorreactores de tanque agitado.En el desarrollo de procesos de producción de metabolitos a partir de microorganismos, el cambio de escala es particularmente complejo, dado que los microorganismos experimentan un continuo cambio en sus rutas metabólicas durante el período de producción. Esto hace que en el proceso del cambio de escala, las mayores dificultades se encuentren en el desarrollo del inóculo y problemas ocasionados por modificaciones en las características de transferencia de calor, masa y momento.Dentro de este contexto general se definen dos objetivos específicos. Estos son: el estudio de la producción de ácido itacónico por Aspergillus terreus y el de la producción de ácido hialurónico por Streptococcus equi. subsp. equi, con la finalidad de desarrollar una metodología de trabajo experimental y teórica que permita sistematizar el estudio del factibilidad técnico-económica de plantas de producción, vinculando la investigación del procesos a escala de laboratorio con la producción a mayor escala.La hipótesis de trabajo es que el estudio de la producción de Aspergillus terreus y de Streptococcus equi en un biorreactor de tanque agitado a escala de laboratorio permitirá establecer los parámetros que contribuirán a realizar el cambio de escala de su producción y esto será verificado experimentalmente.Los trabajos se realizarán utilizando un biorreactor a escala de laboratorio especialmente diseñado para este tipo de trabajo. Los resultados experimentales se interpretarán con técnicas estadísticas y matemáticas de diferente complejidad a efectos de establecer los criterios de cambio de escala y luego se realizarán experiencias en un biorreactor piloto con el objeto de verificar la metodología seleccionada.El desarrollo del proyecto permitirá:1.- obtener información técnica útil sobre la producción de ácido itacónico, el que tiene importantes aplicaciones en la industria del plástico. La producción por medio del Aspergillus terreus MJL05 se realizará utilizando glicerol como fuente de carbono, el que constituye el principal subproducto en los procesos de manufactura de biodiesel. De este modo se podrá analizar la factibilidad técnica de una ruta alternativa para emplear este subproducto.2.- obtener información técnica útil sobre la producción de ácido hialurónico, biopolímero de alto valor agregado con importantes aplicaciones en medicina, y contribuir así a realizar el cambio de escala de su producción.