Abstract: Biomedical sciences look towards nanotechnology for new options of treatments and diagnostic tools. Recent technological advances make it possible to study the mechanics of living biological material and its relation to biological or molecular processes. One of the lines of research developed in our laboratory has as objective to study the effect that different pathologies have in the cellular nanomechanics. In particular, using nanotechnological tools such as the atomic force microscope, we have found that cell stiffness is modified in the case of neuroblastoma or diabetic cardiomyopathy. In addition, we have found that in both cases the modification of cell stiffness is associated with alterations of the cytoskeleton. A better understanding of the molecular mechanisms responsible for these alterations will allow the development of new and increasingly specialized therapies.

Resumen: Dados los avances tecnológicos recientes, las ciencias biomédicas buscan por medio de la nanotecnología nuevas posibilidades de tratamientos y herramientas de diagnóstico. Estos avances tecnológicos hacen posible estudiar la mecánica de material biológico vivo y su relación con procesos biológicos o moleculares. Una de las líneas de investigación que se desarrolla en nuestro laboratorio es estudiar el efecto que distintas patologías tienen en la nanomecánica celular. En particular, utilizando herramientas nanotecnológicas como el microscopio de fuerza atómica, hemos constatado que la rigidez celular se modifica en el caso del neuroblastoma y de la cardiomiopatía diabética. Además, hemos constatado que en los dos casos la modificación de la rigidez celular está asociada con alteraciones del citoesqueleto. Una mejor comprensión de los mecanismos moleculares responsables de estas alteraciones permitirá el desarrollo de nuevas terapias cada vez más especializadas.

The aim was to investigate the major C21 steroids produced by spermiating white croaker Micropogonias furnieri (Sciaenidae) in order to establish the potential mediator of gamete maturation in males of this species. The testes steroid production at the spawning season was identified incubating the 3H-17-hydroxy-4-pregnene-3,20-dione precursor through thin layer chromatography, high pressure liquid chromatography, enzymatic oxydation, acetylation and immunochemistry analyses. 17,20β-Dihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β-P) and 11β,17,21-Trihydroxy-4-pregnene-3,20-dione (cortisol) were the main metabolites produced. Contrary to what we expected, 17,20β,21-Trihydroxy-4-pregnen-3-one was not detected. Circulating levels of 17,20β-P were undetectable in immature testes and in those at the first spermatogenesis stages, while a clear increase was observed during the whole spermatogenesis and spermiation phases (from undetectable to 1047 pg mL-1). In vitro studies together with plasma detection suggest that 17,20β-P is a good steroid candidate involved in M. furnieri testes maturation. The role of cortisol during late phases of testes development needs further studies.

El objetivo fue investigar cuales eran los esteroides C21 más importantes producidos por los testículos en espermiación de la corvina blanca Micropogonias furnieri (Sciaenidae) para poder identificar los potenciales mediadores de la maduración gamética de los machos de esta especie. Los esteroides producidos por los testículos en espermiación fueron identificados después de su incubación con el precursor 3H-17-hidroxi-4-pregnene-3,20-diona a través de cromatografía de capa fina y cromatografía líquida de alta presión y posteriormente por oxidación enzimática, acetilación e inmunoquímica. Los principales metabolitos producidos por los testículos en espermiación fueron la 17,20β-Dihidroxi-4-pregnen-3-ona (17,20β-P) y la 11β,17,21-Trihidroxi-4-pregnene-3,20-diona (cortisol). Contrariamente a lo esperado, no se encontró el derivado tri-hidroxilado de la progesterona llamado 17,20β,21-Trihidroxi-4-pregnen-3-ona. Los niveles circulantes de 17,20β-P fueron no detectable en los testículos inmaduros y en aquellos en inicios de espermatogénesis, mientras que un aumento claro en las concentraciones circulantes fue detectada en corvinas en plena espermatogénesis y en espermiación (desde no detectable a 1047 pg mL-1). Los resultados obtenidos in vitro junto a los cambios a nivel plasmático sugieren que la 17,20β-P es un buen candidato a proponer como esteroide involucrado en la regulación del proceso de maduración testicular de la corvina. La función del cortisol a nivel testicular debería ser mejor estudiada en las etapas finales del desarrollo testicular de esta especie.

Abstract: We are nowadays in a new stage in which biomedicine searches the ways to improve diagnosis and therapy of several diseases by using novel nanodevices. Polymeric micelles, liposomes, dendrimers, biodegradable nanoparticles and others are examples of nanoparticulate materials researched in laboratories, undergoing preclinical development, or already used in the clinic. At present, we have numerous nanoestructured systems with multiple potential applications in the biomedical area. Nevertheless, in spite of the fact that in many cases physicochemical characterizations of the mentioned nanosystems were carried out, their interactions with the biological systems or the nanobiomolecules that compose these systems were not studied. In this article, we show the research performed in our laboratory. First, we describe studies we have carried out studying different nanobiomolecules. By these experiments we are trying to understand signaling and regulation of biological processes such as protein synthesis in the nervous system or RNA synthesis in the cellular nucleus. Second, we describe experiments we are performing using dendrimers and studying their possible applications to treat diseases such as premature labor, cancer or diabetes. Finally, we briefly describe atomic force microscopy applications in biological and biomedical sciences and give a concrete example of our work.

Resumen: Actualmente, estamos en una etapa en la que las ciencias biomédicas buscan mejorar el diagnóstico y la terapia de varias enfermedades, por medio del empleo de novedosos dispositivos a escala nanométrica. Micelas poliméricas, liposomas, dendrímeros y nanopartículas biodegradables, son algunos ejemplos de nanomateriales que se investigan en los laboratorios, que están en fase pre-clínica o ya se emplean en la clínica. En este momento se cuenta con numerosos nuevos sistemas nanoestructurados con múltiples y potenciales aplicaciones en el área biomédica. Sin embargo, a pesar de que en muchos casos se han realizado caracterizaciones fisicoquímicas de los mismos, no se ha estudiado su interacción con diferentes sistemas biológicos y con las nanobiomoléculas que los componen. En este artículo, mostramos la evolución del trabajo que estamos llevando a cabo en nuestro laboratorio. En primera instancia, describimos las investigaciones que hemos realizado estudiando diferentes nanobiomoléculas. Nuestro objetivo es intentar entender la señalización y regulación de procesos biológicos como la síntesis de proteínas en el sistema nervioso o la síntesis de ARN en el núcleo celular. En segunda instancia, describimos estudios que estamos realizando utilizando dendrímeros y analizando sus posibles aplicaciones en el tratamiento de enfermedades como el parto prematuro, el cáncer o la diabetes. Por último, describimos brevemente la microscopía de fuerza atómica y sus aplicaciones en ciencias biológicas y biomédicas, finalizando con un ejemplo concreto de nuestra investigación.

In order to achieve spawning in captive Engraulis ringens that would result in eggs and larvae for experimental assays, the present work evaluated the effect of buserelin acétate (an analogue of GnRH; GnRHa) injections on spawning and spermiation. Domperidone (DOM) was also used in order to reject a possible dopaminergic control in the reléase of endogenous gonadotropins for this species. Ripe fish were mjected mtraperitoneally with 0.005 ug GnRHa g-1 fish (H), 0.005 ug GnRHa g-1 fish + 0.01 mg DOM g-1 fish (HD) or saline solution at 0.9%> (SS). The GnRHa and GnRHa+DOM treatments showed an inductor effect on spawning, which occurred between 24 and 48 h post injection (p.i.). The results were significantly different (P < 0.05), with total percentages of 57.3% (GnRHa) and 20.9% (GnRHa+DOM). The effect of the hormone on spermiation was immediate, with the GnRHa (44.4%>) treatment, and percentages of spermiated males at 0 hours p.i. differed significantly from the control (P < 0.05). Spermiation was highest 12 hours p.i., with valúes of 85.7% (GnRHa) and 75.0% (GnRHa+DOM). These valúes did not differ significantly (P > 0.05). Our results indicate the absence of a dopaminergic control in this species, since gametes were expelled with or without domperidone. On the contrary, the percentages of spawned and spermiated fish after being injected with DOM were significantly lower.

Con la finalidad de obtener desoves de ejemplares de Engraulis ringens en cautiverio para realizar pruebas experimentales con huevos y larvas; el presente trabajo evaluó el efecto de inyecciones de acetato de buserelina (un análogo de GnRH; GnRHa) sobre desove y espermiación. Además, se utilizó domperidona (DOM) para eliminar un posible control dopaminérgico en la liberación de gonadotropinas endógenas en esta especie. Se inyectaron intraperitonealmente ejemplares maduros con 0,005 ug GnRHa g-1 pez (GnRHa); 0,005 ug GnRHa g-1 pez + 0,01 mg DOM g-1 pez (GnRHa+DOM) o solución salina a 0,9% (SS). Hubo un efecto inductor de los tratamientos con GnRHa y GnRHa+DOM sobre el desove. Los desoves ocurrieron entre 24 y 48 h post-inyección (p.i.) y los porcentajes totales fueron 57,3% y 20,9%) con GnRHa y GnRHa+DOM respectivamente, los cuales fueron significativamente diferentes (P < 0,05). El efecto de la hormona sobre la expulsión de semen fue inmediato en el tratamiento con GnRHa (44,4%>), siendo el porcentaje de machos expulsantes a 0 horas p.i. significativamente diferente al control (0 %>) (P < 0,05). El máximo porcentaje de machos expulsantes se observó a las 12 horas p.i., siendo 85,7%> con GnRHa y 75,0%> con GnRHa+DOM, entre los cuales no se encontró diferencias significativas (P > 0,05). De acuerdo a los resultados obtenidos no existiría un control dopaminérgico en esta especie, ya que hubo expulsión de gametos con o sin la aplicación de domperidona. Por el contrario, se observó significativa reducción de los porcentajes de peces expulsantes al inyectar DOM.