Desenvolupament d'eines d'alta ressolució per al cribatge (screening) de l'activitat de fàrmacs

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Satandford University, EEUU, entre 2007 i 2009. Els darrers anys, hi ha hagut un avanç espectacular en la tecnologia aplicada a l’anàlisi del genoma i del proteoma (microarrays, PCR quantitativa real time, electroforesis dos dimensions, espectroscòpia de masses, etc.) permetent la resolució de mostres complexes i la detecció quantitativa de diferents gens i proteïnes en un sol experiment. A més a més, la seva importància radica en la capacitat d’identificar potencials dianes terapèutiques i possibles fàrmacs, així com la seva aplicació en el disseny i desenvolupament de noves eines de diagnòstic. L’aplicabilitat de les tècniques actuals, però, està limitada al nivell al que el teixit pot ser disseccionat. Si bé donen valuosa informació sobre expressió de gens i proteïnes implicades en una malaltia o en resposta a un fàrmac per exemple, en cap cas, s’obté una informació in situ ni es pot obtenir informació espacial o una resolució temporal, així com tampoc s’obté informació de sistemes in vivo. L’objectiu d’aquest projecte és desenvolupar i validar un nou microscopi, d’alta resolució, ultrasensible i de fàcil ús, que permeti tant la detecció de metabòlits, gens o proteïnes a la cèl•lula viva en temps real com l’estudi de la seva funció. Obtenint així una descripció detallada de les interaccions entre proteïnes/gens que es donen dins la cèl•lula. Aquest microscopi serà un instrument sensible, selectiu, ràpid, robust, automatitzat i de cost moderat que realitzarà processos de cribatge d’alt rendiment (High throughput screening) genètics, mèdics, químics i farmacèutics (per aplicacions diagnòstiques i de identificació i selecció de compostos actius) de manera més eficient. Per poder realitzar aquest objectius el microscopi farà ús de les més noves tecnologies: 1)la microscopia òptica i d’imatge, per millorar la visualització espaial i la sensibilitat de l’imatge; 2) la utilització de nous mètodes de detecció incloent els més moderns avanços en nanopartícules; 3) la creació de mètodes informàtics per adquirir, emmagatzemar i processar les imatges obtingudes.

Suitability of GRIND-based principal properties for the description of molecular similarity and ligand-based virtual screening

The information provided by the alignment-independent GRid Independent Descriptors (GRIND) can be condensed by the application of principal component analysis, obtaining a small number of principal properties (GRIND-PP), which is more suitable for describing molecular similarity. The objective of the present study is to optimize diverse parameters involved in the obtention of the GRIND-PP and validate their suitability for applications, requiring a biologically relevant description of the molecular similarity. With this aim, GRIND-PP computed with a collection of diverse settings were used to carry out ligand-based virtual screening (LBVS) on standard conditions. The quality of the results obtained was remarkable and comparable with other LBVS methods, and their detailed statistical analysis allowed to identify the method settings more determinant for the quality of the results and their optimum. Remarkably, some of these optimum settings differ significantly from those used in previously published applications, revealing their unexplored potential. Their applicability in large compound database was also explored by comparing the equivalence of the results obtained using either computed or projected principal properties. In general, the results of the study confirm the suitability of the GRIND-PP for practical applications and provide useful hints about how they should be computed for obtaining optimum results.

Total synthesis and antiproliferative activity screening of (±)-aplicyanins A, B and E and related analogs

The first total synthesis of the indole alkaloids ()-aplicyanins A, B and E, plus seventeen analogs, all in racemic form is reported. Modifications to the parent compound included changing the number of bromine substituents on the indole, the groups on the indole nitrogen (H, Me or OMe), and/or the oxidation level of the heterocyclic core tetrahydropyrimidine. Each compound was screened against three human tumor cell lines, and fourteen of the newly synthesized compounds showed considerable cytotoxicity. The assay results were used to establish structure-activity relationships. These results suggest that the acetyl group moiety on the imine nitrogen, and the bromine at position 5 of the indole, are both critical to activity.

Thioflavin-S staining of bacterial inclusion bodies for the fast, simple, and inexpensive screening of amyloid aggregation inhibitors

Amyloid aggregation is linked to a large number of human disorders, from neurodegenerative diseases as Alzheimer"s disease (AD) or spongiform encephalopathies to non-neuropathic localized diseases as type II diabetes and cataracts. Because the formation of insoluble inclusion bodies (IBs) during recombinant protein production in bacteria has been recently shown to share mechanistic features with amyloid self-assembly, bacteria have emerged as a tool to study amyloid aggregation. Herein we present a fast, simple, inexpensive and quantitative method for the screening of potential anti-aggregating drugs. This method is based on monitoring the changes in the binding of thioflavin-S to intracellular IBs in intact Eschericchia coli cells in the presence of small chemical compounds. This in vivo technique fairly recapitulates previous in vitro data. Here we mainly use the Alzheimer"s related beta-amyloid peptide as a model system, but the technique can be easily implemented for screening inhibitors relevant for other conformational diseases simply by changing the recombinant amyloid protein target. Indeed, we show that this methodology can be also applied to the evaluation of inhibitors of the aggregation of tau protein, another amyloidogenic protein with a key role in AD.

Thioflavin-S staining of bacterial inclusion bodies for the fast, simple, and inexpensive screening of amyloid aggregation inhibitors

Amyloid aggregation is linked to a large number of human disorders, from neurodegenerative diseases as Alzheimer"s disease (AD) or spongiform encephalopathies to non-neuropathic localized diseases as type II diabetes and cataracts. Because the formation of insoluble inclusion bodies (IBs) during recombinant protein production in bacteria has been recently shown to share mechanistic features with amyloid self-assembly, bacteria have emerged as a tool to study amyloid aggregation. Herein we present a fast, simple, inexpensive and quantitative method for the screening of potential anti-aggregating drugs. This method is based on monitoring the changes in the binding of thioflavin-S to intracellular IBs in intact Eschericchia coli cells in the presence of small chemical compounds. This in vivo technique fairly recapitulates previous in vitro data. Here we mainly use the Alzheimer"s related beta-amyloid peptide as a model system, but the technique can be easily implemented for screening inhibitors relevant for other conformational diseases simply by changing the recombinant amyloid protein target. Indeed, we show that this methodology can be also applied to the evaluation of inhibitors of the aggregation of tau protein, another amyloidogenic protein with a key role in AD.

Screening of highly modular sugar-based ligand libraries in the enantioselective C-C coupling reactions

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Nottingham, Gran Bretanya, entre març i abril del 2007. Aquest treball s’ha centrat en l’aplicació de compostos derivats de la D-(+)-glucosa, de la D-(+)-fructosa i la D-galactosa com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en dos reaccions asimètriques: addició 1,2 a aldehids catalitzada per níquel i addició 1,4 conjugada catalitzada per coure.(veure figura adjunta al final del document). En primer lloc, s’ha estudiat l’aplicació dels compostos L1-L6 a les reaccions d’addició 1,2 a aldehids catalitzades per níquel. S’ha observat que la selectivitat del procés depèn principalment del grup funcional unit a l’esquelet del lligand, de les propietats estèriques del substituent en la funció oxazolina i de l’estructura del substrat. S’ha obtingut fins a un 59% d’excés enantiomèric utilitzant el precursor de catalitzador que conté el lligand L3a. En segon lloc, aquest treball descriu l’aplicació de les tres famílies de compostos (L1-L11) com a lligands en la reacció d’addició 1,4 catalitzada per coure de compostos organometàl•lics a diferents enones amb diferents propietats estèriques. L’ús de les llibreries de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) i fosfit-fosforamidit (L6) han proporcionat bones enantioselectivitats (fins a 80%) en l’addició de reactius de trialquilalumini a diferents enones. En canvi, la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat bones activitats però enantioselectivitats fins a 57%.

Avenços en l'estudi de la litiasi renal: mètodes de chemical imaging i intel·ligencia artificial (ANN) per la caracterització de càlculs renals

La litiasi urinària és un trastorn que implica la formació de precipitats en qualsevol part del tracte urinari. Aquest és un desordre comú que afecta aproximadament a una desena part de la població de la Unió Europea al llarg de la seva vida. A més, durant els cinc anys posteriors a un episodi litiàsic el percentatge de recurrència dels pacients és del 45 al 75%. Aquest trastorn urinari està influït per una gran quantitat de variables, d’origen fisiològic, psicològic i ambiental. Els episodis litiàsics, es poden solucionar espontàniament, amb l’expulsió del càlcul renal, o bé a través de diverses intervencions mèdiques. Els tractaments mèdics derivats de la litiasi urinària; és a dir, la fragmentació del càlcul, intervencions quirúrgiques i tractaments posteriors generen unes grans despeses als sistemes mèdics. Pels motius exposats, la identificació del desordre que ha originat l’episodi litiàsic és de radical importància, per tal de minimitzar el risc de reincidència. Els mètodes més usuals per determinar les causes que desencadenen la formació del càlcul renal són les anàlisis d’orina i l’estudi del càlcul generat. La correcta descripció de la composició i, especialment, l’estructura del càlcul renal pot aportar informació clau sobre les possibles causes de la seva formació, tant de l’inici de nucleació del càlcul com de les successives etapes de creixement cristal·lí. Tenint en compte aquest darrer aspecte, el present estudi s’ha dirigit a la caracterització de càlculs urinaris mitjançant l’aplicació de metodologies d’imatge química (Hyperspectral Imaging), el que va contribuir a determinar les principals característiques espectrals de cada compost majoritari als càlculs renals. D’altra banda, la utilització de mostres de composició coneguda ha possibilitat la creació d’un model amb Xarxes Neuronals Artificials, que permet la classificació de noves mostres de composició desconeguda, de manera més ràpida que el procediment actual. Aquest treball constitueix una nova contribució a la comprensió de l’estructura de les pedres de ronyó, així com les condicions de la seva formació. Els resultats obtinguts destaquen les possibilitats que presenten les tècniques emprades al camp de la litiasi renal, que permeten complementar els coneixements existents enfocats a millorar la qualitat de vida dels pacients.

Nanopartícul·les core-shell estabilitzades en polímer amb propietats calítiques i bactericides medioambientalment segure

Aquest projecte de doctorat és un treball interdisciplinari adreçat a l’obtenció de nous nanocompòsits (NCs) funcionals sintetitzats a partir de materials polimèrics bescanviadors d’ions que són modificats amb nanopartícules metàl•liques (NPMs) de diferent composició. Els materials desenvolupats s’avaluen en funció de dues possibles aplicacions: 1) com a catalitzadors de reaccions orgàniques d’interès actual (NCs basats en pal•ladi) i, 2) la seva dedicació a aplicacions bactericides en el tractament d’aigües domèstiques o industrials (NCs basats en plata). El desenvolupament de nanomaterials és de gran interès a l’actualitat donades les seves especials propietats, l’aprofitament de les quals és la força impulsora per a la fabricació de nous NCs. Les nanopartícules metàl•liques estabilitzades en polímer (Polymer Stabilized Metal Nanoparticles, PSNPM) s’han preparat mitjançant la tècnica in-situ de síntesi intermatricial (Inter-matrix synthesis, IMS) que consisteix en la càrrega seqüencial dels grups funcionals de les matrius polimèriques amb ions metàl•lics, i la seva posterior reducció química dins de la matriu polimèrica de bescanvi iònic. L’estabilització en matrius polimèriques evita l’agregació entre elles (self-aggreagtion), un dels principals problemes coneguts de les NPs. Pel desenvolupament d’aquesta metodologia, s’han emprat diferents tipus de matrius polimèriques de bescanvi iònic: membrana Sulfonated PolyEtherEtherKetone, SPEEK, així com fibres sintètiques basades en polypropilè amb diferents tipus de grups funcionals, que ens permeten el seu ús com a filtres en la desinfecció de solucions aquoses o com a material catalitzador. Durant el projecte s’ha anat avançant en l’optimització del material nanocomposite final per a les aplicacions d’interès, en quant activitat i funcionalitat de les nanopartícules i estabilitat del nanocomposite. Així, s’ha optimitzat la síntesi de NPs estabilitzades en resines de bescanvi iònic, realitzant un screening de diferents tipus de resines i la seva avaluació en aplicacions industrials d’interès.

Tropical diseases screening in immigrant patients with HIV infection in a European country.

Prospective observational study of all HIV infected immigrants visited at the Infectious Diseases Department of the Hospital Universitari Vall d’Hebron from June 2010 to May 2011. Screening of most prevalent tropical diseases was performed according to geographical origin. 190 patients were included. Overall, 36.8% (70/190) patients had at least one positive result for any parasitic disease, including Chagas disease, schistosomiasis, strongyloidiasis, leishmaniasis, intestinal parasitosis and malaria. We propose a screening and management strategy of latent parasitic infections in immigrant HIV infected patients.

The chemical variability at the surface of Mars: implications for exogenic processes

The chemical composition of sediments and rocks, as well as their distribution at theMartian surface, represent a long term archive of processes, which have formed theplanetary surface. A survey of chemical compositions by means of Compositional DataAnalysis represents a valuable tool to extract direct evidence for weathering processesand allows to quantify weathering and sedimentation rates. clr-biplot techniques areapplied for visualization of chemical relationships across the surface (“chemical maps”).The variability among individual suites of data is further analyzed by means of clr-PCA,in order to extract chemical alteration vectors between fresh rocks and their crusts andfor an assessment of different source reservoirs accessible to soil formation. Bothtechniques are applied to elucidate the influence of remote weathering by combinedanalysis of several soil forming branches. Vector analysis in the Simplex provides theopportunity to study atmosphere surface interactions, including the role andcomposition of volcanic gases

Study of chemical modification of alkaline lignin by the glyoxalation reaction

In this study, glyoxalated alkaline lignins with a non-volatile and non-toxic aldehyde, which can be obtained from several natural resources, namely glyoxal, were prepared and characterized for its use in wood adhesives. The preparation method consisted of the reaction of lignin with glyoxal under an alkaline medium. The influence of reaction conditions such as the molar ratio of sodium hydroxide-to-lignin and reaction time were studied relative to the properties of the prepared adducts. The analytical techniques used were FTIR and 1H-NMR spectroscopies, gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetric analysis (TGA). Results from both the FTIR and 1H-NMR spectroscopies showed that the amount of introduced aliphatic hydroxyl groups onto the lignin molecule increased with increasing reaction time and reached a maximum value at 10 h, and after they began to decrease. The molecular weights remained unchanged until 10 h of reaction time, and then started to increase, possibly due to the repolymerization reactions. DSC analysis showed that the glass transition temperature (Tg) decreased with the introduction of glyoxal onto the lignin molecule due to the increase in free volume of the lignin molecules. TGA analysis showed that the thermal stability of glyoxalated lignin is not influenced and remained suitable for wood adhesives. Compared to the original lignin, the improved lignin is reactive and a suitable raw material for adhesive formula

Nuclear magnetic resonance chemical shifts with the statistical average of orbital-dependent model potentials in Kohn-Sham density functional theory

The performance of the SAOP potential for the calculation of NMR chemical shifts was evaluated. SAOP results show considerable improvement with respect to previous potentials, like VWN or BP86, at least for the carbon, nitrogen, oxygen, and fluorine chemical shifts. Furthermore, a few NMR calculations carried out on third period atoms (S, P, and Cl) improved when using the SAOP potential

A chemical Hamiltonian approach study of the basis set superposition error changes on electron densities and one- and two-center energy components

A comparision of the local effects of the basis set superposition error (BSSE) on the electron densities and energy components of three representative H-bonded complexes was carried out. The electron densities were obtained with Hartee-Fock and density functional theory versions of the chemical Hamiltonian approach (CHA) methodology. It was shown that the effects of the BSSE were common for all complexes studied. The electron density difference maps and the chemical energy component analysis (CECA) analysis confirmed that the local effects of the BSSE were different when diffuse functions were present in the calculations

Late bloomer or language impaired? Screening the speech of a Spanish-English bilingual toddler for early signs of language impairment

This case study presents corpus data gathered from a Spanish-English bilingual child with expressive language delay. Longitudinal data on the child’s linguistic development was collected from the onset of productive speech at age 1;1 until age 4 over the course of 28 video-taped sessions with the child’s principal caregivers. A literature review focused on the relationship between language delay and persisting disorders—including a discussion of the frequent difficulty in distinguishing between the two at early stages of bilingual development—is followed by an analysis of the child’s productive development in 2 distinct phases. An attempt is made to assess the child’s speech at age 4 for preliminary signs of SLI and to consider techniques for identifying ‘at risk’ bilingual children (that is, those with productive language delay, poor oral fluency, and family history of language problems) based on samples of recorded and transcribed speech.