Química y actividad biológica en Huperzia saururus. Chemistry and biological activity in Huperzia saururus.

El presente proyecto apunta a buscar una posible solución a dos problemáticas de salud que afectan a un importante grupo de la población mundial y son los asociados a la enfermedad de Alzheimer (EA) y a la disfunción eréctil. La EA es una enfermedad neurodegenerativa progresiva caracterizada por la pérdida de memoria a corto plazo, entre otras manifestaciones. En la actualidad la terapia más utilizada son los inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChE), ya que acetilcolina es el principal neurotransmisor afectado. No obstante, los agentes terapéuticos utilizados presentan efectos no deseados a nivel gastrointestinal, lo que motiva la búsqueda de nuevos agentes. A partir del estudio de la especie autóctona Huperzia saururus aislamos hasta el presente 10 alcaloides, algunos de los cuales resultaron activos sobre la retención de memoria, investigación realizada mediante ensayos tanto in vitro como in vivo. A partir de los promisorios resultados obtenidos se continuarán profundizando estos estudios y también se buscará el farmacóforo, la parte de la estructura responsable de la actividad. Para ello, se realizarán modificaciones químicas de los grupos funcionales y los productos obtenidos serán igualmente evaluados por su actividad sobre memoria. Los que resulten activos serán investigados en relación a su toxicidad, en la búsqueda de potenciales agentes terapéuticos. Paralelamente se estudiarán las diferentes familias de compuestos presentes en la especie, dado que el uso popular proclama su efecto afrodisíaco. La búsqueda de un afrodisíaco perfecto que incremente el deseo sexual, el placer y el desempeño, ha sido una constante desde los tiempos remotos. En todos los casos, se ha buscado mejorar el rendimiento sexual o combatir la disfunción eréctil (DE). Este término se describe como “la incapacidad constante para alcanzar o mantener una erección que es satisfactoria para el rendimiento sexual”. Para investigar la actividad biológica de H. saururus, los extractos y compuestos aislados serán evaluados por la generación de NO que produzcan, la que será estimada mediante la acumulación de nitrito, metabolito estable del NO, en sobrenadantes de cultivo de células endoteliales (HUVEC). Los que resulten efectivos serán evaluados mediante ensayos in vivo tales como, el de conducta sexual en machos y de comportamiento de monta. Del mismo modo que para los alcaloides, se estudiará la toxicidad de los compuestos que resulten activos a los fines de proseguir la metodología en la investigación preclínica de potenciales medicamentos. The present Project aims to look for a possible solution for two health problems that affect an important group of world population and they are those associated to Alzheimer Disease (AD) and Erectile Dysfunction. AD is a neurodegenerative progressive disease characterized by short term memory loss, among other signs. Nowadays the most used therapy are the acethylcholinesterase inhibitors (AChE), in view that the acethylcholine is the main neurotransmitter affected. Nevertheless, the therapeutic agents used present collateral effects at gastrointestinal level, so it motivates the search for new agents. From the autochthonous species Huperzia saururus we have isolated 10 alkaloids until the present, some of which were active on memory retention, investigation developed in vitro and in vivo. After these promising results, these studies will be continued, as well as the search for the pharmacophore. For this reason, chemical modifications on functional groups will be done and the obtained products will be evaluated on their activity on memory as well. In line with this, the different families of compounds present in H. saururus will be studied in view that the popular use claims its aphrodisiac effect. The search for a perfect aphrodisiac that increase the sexual desire, the pleasure and performance was a constant since the old times. In all the cases it was looked a better sexual performance or fight against the erectile dysfunction (DE). For investigate the biological activity of H. saururus, the extracts and the isolated compounds will be evaluated on the NO generation, which will be estimated by means of nitrite accumulation, stable metabolite of NO, in supernatants of endothelial cell cultures (HUVEC). The compounds that appear effectives will be evaluated by in vivo assays such as sexual male behavior, and mount behavior. As for alkaloids, toxicity of active compounds will be studied to follow the pre-clinic methodology research of potential medicines.

Estudio y caracterización de la composición química de compuestos orgánicos volátiles (COVs) en Plantas Medicinales y Aromáticas

Se realizará el estudio y caracterización química de la fracción orgánica volátil (COVs) presente en plantas Medicinales y Aromáticas. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de la Microextracción en Fase Sólida (SPME) y posterior análisis cuali-cuantitativo por Cromatografía Gaseosa adosada a un Espectrómetro de Masas (GC-MS). Mediante el estudio y caracterización de los compuestos orgánicos volátiles presentes, se tratará de establecer similitudes y diferencias en especímenes de flora autóctona perteneciente al mismo género pero de diferentes especies. Además de esto, se tratarán de establecer las mejores condiciones de conservación y almacenamiento de aquellas plantas aromáticas que posean importancia económica reconocida (estabilidad de los COVs responsables de las características aromáticas, durante el proceso de conservación y almacenamiento). Por otra parte, se realizará la formación de recursos humanos en el área de la química orgánica analítica.

Generación y reacciones en fase gaseosa de radicales pequeños de interés en los procesos de deposición de silicio y derivados y en la química atmosférica

Los radicales libres juegan un papel importante como intermediarios en muchas reacciones químicas, como aquéllas involucradas en la combustión, en la atmósfera y en el espacio interestelar. El interés en los radicales libres ha crecido como resultado de la aplicación de las técnicas láser. (...) (...) Otra razón es su importante rol en la química de la atmósfera en relación a los problemas ambientales y su papel en los procesos de oxidación de moléculas orgánicas, en la química de la combustión y en la química atmosférica. Por esto es importante medir los coeficientes de velocidad para estas reacciones y comprender los mecanismos de reacción involucrados. (...) La aplicación de láseres al procesamiento de materiales para producir polvos y recubrimientos cerámicos de utilidad en microelectrónica, medicina, etc., ofrece una nueva tecnología con ventajas respecto de los métodos convencionales. SiH4 y sus derivados reciben atención debido a su importancia en la industria de los semiconductores. Sin embargo hay poca información disponible sobre los procesos químicos elementales de esta molécula. (...) En síntesis, es necesario conocer la reactividad y la cinética de los radicales del Si facilitará, a los fines de facilitar la construcción de mecanismos de deposición; el depósito de películas muy finas de Si y sus derivados a partir de distintos tipos de precursores en fase gaseosa, es de vital importancia en la tecnología moderna. (...) El proyecto comprende el estudio de las fluorescencias infrarroja y visible producidas por las especies generadas por la descomposición de silano (SiH4) por irradiación láser en fase gaseosa. Se estudia la generación de radicales, principalmente SiH2 y SiH3, a partir de precursores adecuados y sus reacciones con el objeto de obtener parámetros cinéticos y mecanismos de reacción que contribuyan al modelado de los procesos de deposición de metales y semiconductores. Se completará el montaje y calibración de un sistema de fotólisis pulsada con detección por fluorescencia de resonancia en flujo lento para el estudio de reacciones de átomos y radicales pequeños con compuesos de interés atmosférico.

Química láser: Transferencia de energía

El propósito general de este proyecto es el de desarrollar investigaciones experimentales y teóricas en la dinámica de las reacciones químicas, de importancia en los procesos atmosféricos (baja temperatura) y de combustión (alta temperatura), con especial énfasis en los aspectos relativos a la relajación colisional de la energía, en especies simples y en moléculas de van der Waals. Con este propósito se estudiarán las reacciones físicas y químicas de especies excitadas, en tiempo real, en función del grado de excitación y de la presión y naturaleza de los gases desactivantes. En particular, se tratará de correlacionar la cantidad de energía transferida por colisión con parámetros moleculares, basándose en la dinámica de estos procesos. Los objetivos parciales pueden clasificarse de la siguiente manera: 1) Cálculos teóricos de la relajación colisional de moléculas diatómicas excitadas vibracionalmente, con gases colisionantes mono y diatómicos. 2) Cálculos teóricos de la relajación colisional de moléculas poliatómicas, excitadas vibracionalmente, con gases monoatómicos, en función del grado de excitación rotacional. 3) Cálculos teóricos de la relajación colisional de moléculas de van der Waals, excitadas vibracionalmente, con gases monoatómicos. 4) Generación de radicales libres del tip CFxCly, con x+y=3, por descomposición multifotónica IR de precursores adecuados y estudio de sus reacciones con diversos sustratos. Por ejemplo, se estudiará la reacción de radicales CF3 con NO2. 5) Estudio de la relajación colisional de moléculas excitadas vibracionalmente por mediciones de la intensidad de fluorescencia IR, resuelta en el tiempo. 6) Instalación y puesta en funcionamiento de un aparato de haces moleculares. 7) Generación y estudio de los procesos de relajación y reactividades de moléculas de van der Waals.

Investigación químico-farmacéutica de agentes antimicrobianos

Este proyecto interdisciplinario comprende la síntesis de nuevos agentes antimicrobianos, particularmente antimicrobianos flourquinolónicos (AMFQ) y compuestos estructuralmente relacionados, y la evaluación de sus propiedades específicas. En etapas previas se prepararon varios derivados y entre ellos se seleccionaron los de la serie que poseía el grupo sulfanililpiperacinil en posición 7 del anillo quinolónico. Estas moléculas exhiben una interesante actividad cuando se evalúa la potencia antimicrobiana in vitro (CIM), por lo que se está avanzando en el estudio de su actividad in vivo. Estos AMFQ son absorbidos por vía oral (estudios en ratas) y actualmente el Laboratorio esta estudiando su toxicidad y farmacocinética como parte de un trabajo en colaboración con nuestro grupo. La actividad in vitro (CIM) de los AMFQ esta determinada en parte por la cinética de ingreso a la bacteria y en parte por la actividad intrínseca del compuesto frente a lo topoisomerasa. En consecuencia, se está estudiando la cinética de captación de los AMFQ por las bacterias, en una variedad de condiciones experimentales, con el objeto de obtener un mejor conocimiento de su mecanismo de acción. Paralelamente se están planificando los experimentos para medir la capacidad de inhibir la topoisomerasa. Por otro lado, se estudian las propiedades físico-químicas de los nuevos AMFQ, consideradas relevantes para interpretar su comportamiento biológico. Hasta el presente han sido determinados los perfiles solubilidad-ph de algunos compuestos modelos y se estudiaron las propiedades hidrofílicas-lipofílicas de una variedad de AMFQs zwitteriónicos y no zwitteriónicos. Se continuará profundizando sobre estos puntos y con la determinación de otras propiedades de interés farmacéutico, tanto en estado sólido como en solución. Sobre la base de los anteriores resultados, se han elaborado algunas hipótesis e trabajo que condujeron a la síntesis de nuevas estructuras, cuyas propiedades antibacterianas y antimicobacterianas están siendo evaluadas. Se han sintetizado, también, complejos de AMFQ metales al estado sólido, los que exhiben interesantes propiedades farmacéuticas. Se está avanzando sobre la confirmación de sus estequiometrías y otras propiedades físico-químicas de interés biofarmacéutico.

Análisis de la respuesta química de una especie liquénica a contaminantes atmosféricos, en relación a datos de calidad del aire provenientes del Sistema del Monitoreo del Aire (SiMA)

La contaminación atmosférica puede definirse como cualquier condición en la cual ciertas sustancias, en concentraciones lo suficientemente elevadas con respecto a su nivel normal, se encuentran en el aire produciendo efectos mensurables en el hombre, animales y la vegetación o los materiales. Según Warner (1981), los contaminantes pueden existir en la atmósfera en forma de gases, de gotas líquidas o de partículas sólidas. (...) La contaminación del aire tiene efectos marcados sobre plantas, las cuales varían considerablemente en su susceptibilidad a los polutantes. La identificación y categorización en especies sensibles y tolerantes, resulta importante, especialmente en programas de biomonitoreo. (...) La acción de los contaminantes sobre plantas ha permitido valerse de muchos organismos como indicadores de polución en diferentes sitios y bajo diversas condiciones de contaminación. En este sentido, una de las técnicas alternativas para conocer las características de un ambiente en cuanto a sus niveles de contaminación es el empleo del biomonitoreo, el cual se trata de un modelo experimental que mide las respuestas de organismos a la contaminación atmosférica. En este sentido las respuestas fisiológicas han sido propuestas como indicadoras, aún de bajos niveles de contaminación, ya que si bien la concentración de algunos contaminantes en el aire puede no ser lo suficientemente elevada como para ser detectada por medios convencionales (monitoreo por sensores químicos), ésta puede provocar modificaciones permanentes por efecto acumulativo. (...) La importancia de conocer por un lado, la concentración de contaminantes en el aire y por otro, analizar los efectos que estos contaminantes producen sobre un bioindicador, radica en la posibilidad de aproximarnos a la implementación de un sistema de monitoreo que tenga en cuenta no sólo la cuantificación de contaminantes sino también la estimación de sus efectos biológicos en determinadas condiciones ambientales. (...) Debe tenerse en cuenta que a partir de la respuesta química del bioindicador se evalúa además del efecto puntual de picos de elevada concentración, el efecto aditivo, sinérgico o antagónico de los distintos contaminantes durante el período de exposición. Estos efectos se encuentran fuertemente ligados a condiciones ambientales, que pueden potenciar o atenuar la toxicidad de los diferentes compuestos sobre el bioindicador. (...) Objetivo general Establecer grados de correlación entre la concentración de contaminantes atmosféricos, cuantificados por el Sistema de Monitoreo de Aire (SiMA) de la Municipalidad de Córdoba, y la respuesta química de Usnea sp., en diferentes condiciones ambientales.

Química de organometálicos de transición

En nuestro estudio de las propiedades catalíticas de los metales de transición de la serie 3d, bajo la forma de metales puros, de sus haluros o de compuestos de coordinación continuaremos trabajando sobre tres temas: Tema 1: Estudio del mecanismo de la adición oxidativa del enlace carbono-halógeno al metal: síntesis de compuestos del tipo MX2PR2, donde M=Fe o Al; X=Cl y R= alquilo o arilo. Deshidrohalogenación de 1, 2-dihaloalcanos con MX2PR2 como catalizadores. Análisis espectroscópico para la detección de intermediarios de reacción. Tema 2: Síntesis de compuestos de coordinación de ligandos orgánicos sencillos a haluros de metales de transición de la serie 3d. Estudio de la capacidad catalítica de los mismos en distintos tipos de reacciones orgánicas: halogenación de anillos aromáticos; epoxidación y fotooxidación alítica de olefinas; oxidación de alcanos. Tema 3: Los conocimientos adquiridos en el desarrollo de los temas 1 y 2 se emplearán en el diseño de catalizadores y estudio de condiciones de reacción aplicables a procesos en mayor escala: síntesis de cloruro de vinilo y descomposición catalítica de pesticidas y residuos clorados.

Estudio de los factores que influyen sobre la fertilidad física y química del suelo

El proyecto aborda el estudio de los factores que influyen sobre la fertilidad física y química del suelo desde dos aspectos diferentes: 1. Influencia de los distintos componentes del suelo sobre su estabilidad estructural. La pérdida de propiedades físicas y químicas lleva al agotamiento de los suelos, que determina una disminución de la productividad, en muchos casos aceleran el desencadenamiento de proceso erosivo. Este fenómeno afecta prácticamente a todas las áreas agrícolas y se ve agravado por la quema del rastrojo, que provoca una disminución del contenido de materia orgánica alterando el equilibrio químico y biológico de los diferentes horizontes, lo cual va acompañado del deterioro de los procesos de agregación, de la degradación de la estructura y la pérdida o disminución de la fertilidad física, química y biológica, provocando una alteración de los ciclos naturales. 2. Residualidad de herbicidas en suelo. Los sistemas de labranza conservacionista se han difundido como consecuencia de las significativas reducciones en los niveles de materia orgánica, fertilidad química, estabilidad de los agregados y el notable aumento de la susceptibilidad a la erosión, en los suelos de la provincia de Córdoba. Estos sistemas de producción incluyen, en su conjunto tecnológico, abundante aplicación de herbicidas para el control de malezas, por lo que su uso continuado podría acelerar la acumulación de residuos de estos productos, afectando la fertilidad química de los suelos por la presencia de compuestos tóxicos para cultivos posteriores como también la potencial acumulación de herbicidas en aguas subterráneas. La dinámica de los herbicidas varía según las características de los suelos, especialmente por su contenido de materia orgánica y composición textural; características del herbicida y de las condiciones ambientales. El objetivo de esta parte del proyecto es caracterizar los suelos estudiados por su afinidad con determinados herbicidas por medio de índices obtenidos en laboratorio. Además, estudiar si existe acumulación de herbicidas en suelos que recibieron sucesivas aplicaciones.

Zeolitas selectoras: Adecuada modificación y aplicación en procesos catalíticos de interés para la industria química pesada, químicos finos y catálisis ambiental

Objetivo General: Desarrollo de sistemas catalíticos (catalizador-tipo de reactor-condiciones operativas, simulación del proceso molecular y microscópico) de interés para la industria química y especialidades. Objetivos Parciales: Objetivo 1: Preparación de catalizadores. Objetivo 2: Simulación y predicción de estructura y actividad catalítica. Objetivo 3: Corroboración por métodos instrumentales y catalíticos. Objetivo 4: Ingeniería de las reacciones catalíticas que se desarrollan dentro de la "mas pequeña planta química conocida" confinada en el interior de los catalizadores (5.5 Å x 5.6 Å x 1.5µm). Objetivo 5: Ingeniería de los procesos catalíticos, por aplicación de métodos de cálculo por computadora. Objetivo 6: Formulación del sistema catalítico adecuado. Objetivo 7: Construcción de un sistema catalítico a escala laboratorio multipropósito. Objetivo 8: Especialización de los recursos humanos en cada tarea especificada. Objetivo 9: Divulgación y transferencia de los resultados. Objetivo 10: Complementación con investigadores de otros organismos nacionales o internacionales.

Reacciones catalíticas para Química Fina

El proyecto está dirigido a proporcionar métodos catalíticos para la preparación de productos de Química Fina, ya sea como producto final o intermediarios, principalmente dentro del campo de la fabricación de esencias, saborizantes y productos farmacológicos. Todo este proyecto tiene por finalidad la obtención de datos que permitan en otro desarrollo, el escalado a mayor producción no solamente de proceso (productos) sino en el caso de obtenerse un catalizador sólido, deberá proveerse la técnica de preparación del mismo, para cumplir con requerimientos habituales de las industrias, especialmente Pymes. (...) Otro tipo de proceso está representado por la síntesis vía catálisis heterogénea de ésteres del tipo del acetato de amilo y similares de uso, según su calidad como saborizante y en la industria de la perfumería. En este caso la catálisis involucrada es de tipo ácido. El objetivo general de este proyecto consiste en el desarrollo y síntesis de catalizadores heterogéneos para ser utilizado en reacciones seleccionadas de química fina, estudio de dichas reacciones y escalado de las mismas. Este objetivo general puede ser desglosado en cuatro partes u objetivos específicos: a) Optimización del sistema de reacción para síntesis de catalizadores básicos como: * Arcillas aniónicas; * Óxidos metálicos simples y mixtos; * Metales alcalinos y soportados; * Asbestos, carbones y resinas aniónicas. b) Caracterización de los catalizadores utilizando FTIR, Área superficial, Volumen de poros, Distribución y Capacidad de adsorción de moléculas sonda. c) Empleo de los catalizadores desarrollados y caracterizados en procesos de Química Fina.

Preformulación y formulación de nuevas drogas. Primera parte: Antimicrobianos fluoroquinolónicos (AMFQs)

Las fluoroquinolonas constituyen una familia de antimicrobianos que, desde su introducción en terapéutica, han demostrado propiedades anti-infecciosas que los hacen insustituibles en el tratamiento de numerosas patologías. El presente proyecto forma parte de un plan interdisciplinario de trabajo que comprende: 1) la síntesis y el estudio de actividad antimicrobiana de nuevos AMFQs; 2) el comportamiento farmacocinético de nuevas moléculas en animales de laboratorio; 3) el estudio de propiedades fisicoquímicas de los AMFQs; y 4) la preparación de derivados, sales y complejos de los AMFQs de interés farmacocinético. Como parte del trabajo realizado en nuestro laboratorio hemos logrado obtener, al estado sólido, complejos entre AMFQs zwiteriónicos y el catión aluminio (Al+3) que responden a la fórmula: (CI-+HAMFQ)3Al. Estos complejos AMFQ-Al pueden ser de interés en la formulación de constituyentes farmacéuticos sólidos de los mencionados antimicrobianos ya que exhiben una alta solubilidad en agua y, por ende, una alta velocidad de disolución. Este factor puede contribuir tanto a mejorar la biodisponibilidad de formas farmacéuticas orales cuanto a ampliar las posibilidades de formulación; constituyendo el estudio de este aspecto el eje de esta investigación. En coherencia con lo expuesto, nos proponemos como objetivos: 1) completar la caracterización física y química de los complejos al estado sólido; 2) consolidar el método de preparación de modo que pueda realizarse a mayor escala y en forma paralela desarrollar los estudios de preformulación, formulación de comprimidos y de cápsulas y la evaluación de la biodisponibilidad y toxicidad de los nuevos complejos en tales formulaciones; 3) evaluar las ventajas y/o desventajas de la formulación bajo la forma de complejos en relación con las ya existentes. En lo metodológico, cabe señalar que se prevé la utilización de métodos químicos para preparar complejos AMFQ-Al al estado sólido de norfloxacina, ciprofloxacina y ofloxacina. Asimismo, para establecer la estequimetría y caracterizar su estructura se emplearán métodos analíticos mediante los cuales se extraerá información preliminar que luego será complementada con métodos espectroscópicos, análisis térmico y microscopía electrónica.

Las ciclodextrinas y su utilización en Química Farmacéutica

Se conocen una serie de derivados naftoquinónicos los cuales poseen propiedades tripanosidas, bactericidas y antineoplásicas. Desafortunadamente estos compuestos presentan una muy baja solubilidad en agua, la cual es de 3-4 órdenes de magnitud inferior a la concentración mínima necesaria para la formulación de soluciones parentales utilizadas en estudios clínicos. Además este es también un factor limitante para la realización de estudios in vitro a algunos de estos derivados. Para revertir esta situación se intentará la la formación de complejos de inclusión con ciclodextrinas, ya que en la literatura se encuentra una gran cantidad de antecedentes respecto al aumento de la solubilidad en agua de diversas drogas mediante la utilización de ciclodextrinas. Los estudios comprenderán: 1. Formación de complejos de inclusión. a. En solución. Se intentará la formación de complejos entre la 2-hidroxi-N-(3,4-dimetil-5-isoxazolil) -1, 4-naftoquinona-4-imina con la 2-hidroxi-N-(5-metil-3-isoxazolil)-1,4- naftoquinona-4-imina con la 2-hidroxipropil-b-ciclodextrina. Se analizará el efecto que produce la encapsulación molecular sobre la solubilidad acuosa y la estabilidad. b. En estado sólido. Se prepararán complejos de inclusión sólidos, los cuales se caracterizarán por métodos de análisis térmicos y por IR. 2. HPLC utilizando soluciones acuosas de Ciclodextrinas como fase móvil. Se analizará el efecto que ejerce, sobre la separación de ácido acetilsalicílico y ácido salicílico, la adición de ciclodextrinas a la fase móvil de un sistema de HPLC, con el objeto de encontrar un método de análisis rápido y sencillo para muestras comerciales de AAs.