Desarrollo y síntesis de materiales híbridos para la liberación controlada de moléculas antimicrobianas de origen natural

Abstract

[ES] El desarrollo de dispositivos de liberación controlada utilizando materiales híbridos mesoporosos y su aplicación en campos como la agricultura, la alimentación, la nanomedicina o la biomedicina entre otros, ha tenido un crecimiento exponencial en los últimos años. En este trabajo se describe el desarrollo, síntesis, caracterización y funcionamiento de un material mesoporoso como fitosanitarios naturales. Para ello, se emplearán moléculas antimicrobianas naturales, como son los componentes de aceites esenciales (EOCs), encapsulados en materiales porosos de base silícea, tipo MCM-41, y funcionalizados con proteínas antimicrobianas de origen natural, que actúa como puerta nanoscópica molecular, la cual se abre en presencia de enzimas excretadas por diferentes microorganismos. Los aceites esenciales son compuestos químicos naturales muy volátiles e insolubles en agua, por lo que su utilización en campo es muy complicada. La oclusión de estos compuestos en una matriz silícea funcionalizada con puertas moleculares, permite evitar su alta volatilidad, aumentar su solubilidad en agua y aumentar sus propiedades antimicrobianas. Las proteínas empleadas como puertas, son moléculas antimicrobianas naturales, por lo que se busca un doble efecto antimicrobiano producido por la combinación de la carga y la puerta nanoscópica molecular. Este efecto ha sido testado contra bacteria y así hemos podido comprar su efecto sinérgico. El proyecto se ha llevado a cabo en varias etapas. En primer lugar, se desarrollan, sintetizan, caracterizan y estudian los materiales cargados con un colorante, la rodamina B, y se funcionalizan los materiales con diferentes puertas proteína. A continuación, se ha comprobado el funcionamiento de las puertas a ensayar en presencia y ausencia de una enzima proteasa, la pronasa. La presencia en la disolución de la pronasa es capaz de hidrolizar los enlaces amina de las proteínas y así es capaz de `abrir¿ los poros permitiendo así la liberación del colorante. Una vez seleccionada la puerta con mejores resultados, se han sintetizado los sólidos finales cargados con aceites esenciales y funcionalizados con esa proteína. Por último, se ha evaluado el potencial antimicrobiano de los sólidos finales contra la bacteria Listeria monocytogenes. La bacteria en presencia de los materiales es capaz de excretar proteasas e hidrolizar los enlaces amina de las proteínas, permitiendo así la liberación de los EOCs y la eliminación de la bacteria, tanto por los EOCs como por la proteína.

[CA] El desenvolupament de dispositius d'alliberament controlat utilitzant materials híbrids mesoporosos i la seua aplicació en camps com l'agricultura, l'alimentació, la nanomedicina o la biomedicina entre altres, ha tingut un creixement exponencial en els últims anys. En aquest treball es descriu el desenvolupament, síntesi, caracterització i funcionament d'un material mesoporoso com a fitosanitaris naturals. Per a això, s'empraran molècules antimicrobianes naturals, com són els components d'olis essencials (EOCs), encapsulats en materials porosos de base silícia, tipus MCM-41, i funcionalizats amb proteïnes antimicrobianes d'origen natural, que actua com a porta nanoscópica molecular, la qual s'obri en presència d'enzims excretats per diferents microorganismes. Els Olis essencials són compostos químics naturals molt volàtils i insolubles en aigua, per la qual cosa la seua utilització en camp és molt complicada. L'oclusió d'aquests compostos en una matriu silícia funcionalizat amb portes moleculars, permet evitar la seua alta volatilitat, augmentar la seua solubilitat en aigua i augmentar les seues propietats antimicrobianes. Les proteïnes emprades com a portes, són molècules antimicrobianes naturals, per la qual cosa es busca un doble efecte antimicrobià produït per la combinació de la càrrega i la porta nanoscópica molecular. Aquest efecte ha sigut testat contra bacteri i així hem pogut comprar el seu efecte sinèrgic. El projecte s'ha dut a terme en diverses etapes. En primer lloc, es desenvolupen, sintetitzen, caracteritzen i estudien els materials carregats amb un colorant, la *rodamina B, i es funcionalizan els materials amb diferents portes proteïna. A continuació, s'ha comprovat el funcionament de les portes a assajar en presència i absència d'un enzim proteasa, la pronasa. La presència en la dissolució de la pronasa és capaç d'hidrolitzar els enllaces amina de les proteïnes i així és capaç de ‘obrir’ els porus permetent així l'alliberament del colorant. Una vegada seleccionada la porta amb millors resultats, s'han sintetitzat els sòlids finals carregats amb olis essencials i funcionalizados amb aqueixa proteïna. Finalment, s'ha avaluat el potencial antimicrobià dels sòlids finals contra el bacteri Listeria monocytogenes. El bacteri en presència dels materials és capaç d'excretar proteasas i hidrolitzar els enllaces amina de les proteïnes, permetent així l'alliberament dels EOCs i l'eliminació del bacteri, tant pels EOCs com per la proteïna.

[EN] The development of controlled release devices using mesoporous hybrid materials and their application in fields such as agriculture, food, nanomedicine or biomedicine among others, has experimented a exponential growth in recent years. In this project, the development, synthesis, characterization and functioning of a mesoporous material as natural phytosanitary products is described. For this purpose, natural antimicrobial molecules, such as essential oil components (EOCs), encapsulated in porous materials with a siliceous base, type MCM-41, and functionalized with antimicrobial proteins of natural origin, which acts as a molecular nanoscopic gate, will be used. These gates open in the presence of enzymes excreted by different microorganisms. Essential oils are natural chemical compounds that are very volatile and insoluble in water, so their use in the field is very complicated. The occlusion of these compounds in a silicic matrix functionalized with molecular doors, allows avoiding their high volatility, increases their solubility in water and their antimicrobial properties. The proteins used as gates are natural antimicrobial molecules, so a double antimicrobial effect produced by the combination of the charge and the molecular nanoscopic gate is sought. This effect has been tested against bacteria and thus we have been able to buy its synergistic effect. The project has been carried out in several stages. In the first place, materials loaded with a dye, rhodamine B, are developed, synthesized, characterized and studied, and the materials with different protein doors are functionalized. Next, the operation of the doors to be tested was checked in the presence and absence of a protease enzyme, pronase. The presence in the pronase solution is able to hydrolyze the amine bonds of the proteins and thus is able to 'open' the pores thus allowing the release of the dye. Once the door with the best results has been selected, the final solids loaded with essential oils and functionalized with that protein have been synthesized. Finally, the antimicrobial potential of the final solids against the bacterium Listeria monocytogenes has been evaluated. The bacteria in the presence of the materials is able to excrete proteases and hydrolyze the amine bonds of the proteins, thus allowing the release of the EOCs and the elimination of the bacteria, both by the EOCs and by the protein.