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El fósforo como nutriente vegetal limitante en la agricultura mediterránea: Estudio y validación de nuevas formas de fertilización fosfórica biótica y abiótica

2026-06-04T10:18:16Z

Título : El fósforo como nutriente vegetal limitante en la agricultura mediterránea: Estudio y validación de nuevas formas de fertilización fosfórica biótica y abiótica Autor : Valverde Vozmediano, Lucía Resumen : La fertilización de los cultivos supuso una revolución al permitir incrementar de forma notoria su rendimiento y, así pues, la producción de alimentos necesaria para acompañar el crecimiento de la población a nivel global. El fósforo es un nutriente esencial para la nutrición de las plantas. La fertilización fosfórica ha sido tradicionalmente mineral, siendo los fertilizantes desarrollados fundamentalmente a partir de roca fosfórica. Sin embargo, el empleo de este tipo de fertilización tiene varios problemas y riesgos asociados. Por una parte, la roca fosfórica es un recurso limitado cuya extracción es costosa y, adicionalmente, se encuentra geográficamente muy concentrada. Esto sitúa a muchos países, entre ellos los países europeos, en una situación de alta dependencia de este recurso. Por otra parte, los fertilizantes minerales tienen el fósforo en forma inorgánica. Esto ha resultado ventajoso debido a su rápida disolución y absorción por parte de los cultivos, pero, al mismo tiempo, una gran parte del fósforo contenido en estos fertilizantes que no es inmediatamente absorbido por las plantas acaba siendo fijado en los suelos. Esto afecta a la calidad de los suelos y acarrea riesgos medioambientales como la eutrofización de las aguas. Ante este contexto, son cada vez mayores los esfuerzos por encontrar estrategias de fertilización fosfórica alternativas. En este trabajo se abordan dos estrategias de fertilización fosfórica alternativa. La primera estrategia de fertilización fosfórica alternativa validada en este trabajo fue el desarrollo de fertilizantes órgano-minerales (OMFs) de fósforo basados en compost, en un ensayo en maceta con lechuga (Lactuca sativa L.) como cultivo modelo bajo condiciones controladas de producción. En este ensayo se estudiaron comparativamente fuentes de fósforo convencionales (roca fosfórica (RP), fosfato monoamónico (MAP) y recuperadas a partir de residuos orgánicos (estruvita comercial (STR) y harina de hueso (BM). Como resultados más relevantes, se confirmó el efecto beneficioso de la adición de compost a las fuentes inorgánicas MAP y STR, que permitió mejorar propiedades del suelo como los contenidos en materia orgánica y fósforo disponible, así como aumentar significativamente el rendimiento del cultivo. Además, la estruvita tanto en forma simple como compleja (OMF con compost) se comportó de forma similar al fertilizante convencional MAP, lo que confirma su potencial como fuente alternativa de fósforo. La segunda estrategia estudiada fue la recuperación de fósforo en forma de estruvita a partir de residuos orgánicos ricos en este nutriente: estiércol y lodos de depuradora. Este procedimiento es habitual en las plantas de tratamiento de aguas residuales para reducir la concentración de fósforo de las aguas. El enfoque de este trabajo resulta novedoso al aplicar este tipo de procedimiento a los lodos de depuradora. Básicamente, para conseguir la extracción del fósforo de los residuos es necesario realizar una extracción en condiciones ácidas, lo cual se realiza habitualmente con reactivos químicos. En este trabajo se explora la generación del medio ácido necesario para la extracción de fósforo a través de un proceso fermentativo, es decir, de forma biótica. Para ello, se incubaron los residuos con una fuente de azúcar simple y una suspensión de la bacteria acido-láctica Lactobacillus acidophilus. Tras una fase de centrifugación, se precipitó estruvita a partir de la fase líquida recuperada mediante dosificación de MgCl2 y NaOH. A través del procedimiento implementado, se obtuvo una mezcla de minerales de fósforo recuperado con predominio de la estruvita, lo que fue confirmado a través de difracción de rayos X. Posteriormente, los minerales de fósforo recuperado obtenidos se validaron en el cultivo modelo empleado en el anterior ensayo (lechuga) mediante un ensayo en maceta en condiciones controladas de producción, durante dos ciclos de cultivo consecutivos, evaluando el efecto de la fuente de fósforo aplicada además de la influencia sobre la disponibilidad de fósforo de un factor abiótico, el pH del suelo, y uno biótico, la inoculación del suelo con bacterias solubilizadoras de fósforo. Los resultados obtenidos destacan el potencial de los fertilizantes órgano-minerales con fuentes de fósforo derivadas de residuos orgánicos como sustitutos alternativos a las fuentes inorgánicas convencionales de fósforo, ya que mostraron efectos similares respecto al rendimiento y la calidad del cultivo de lechuga, así como en cuanto al fósforo disponible y las actividades enzimáticas relacionadas con la mineralización de fósforo en el suelo. Por otra parte, el factor abiótico (pH del suelo) tuvo un claro efecto sobre el rendimiento y calidad de la planta, obteniendo los mejores resultados en condiciones ácidas. Sin embargo, la inoculación con bacterias solubilizadoras de fósforo no pareció tener un claro efecto durante los dos ciclos de cultivo en los parámetros estudiados en la planta y el suelo.; Crop fertilization revolutionized agriculture by significantly increasing crop yield and, thus, the food production necessary to maintain global population growth. Phosphorus is an essential nutrient for plant nutrition. Phosphorus fertilization has traditionally been mineral-based, the fertilizers being mainly developed from phosphate rock. However, the use of this type of fertilization has several associated problems and risks. On the one hand, phosphate rock is a limited resource that is costly to extract and, in addition, is geographically concentrated. This places many countries, including European countries, in a situation of a high dependence on this resource. On the other hand, mineral fertilizers contain phosphorus in inorganic form. This has been advantageous due to its rapid dissolution and absorption by crops, but at the same time, a large part of the phosphorus contained in these fertilizers that is not immediately absorbed by plants ends up being fixed in the soil. This affects soil quality and implies environmental risks such as water eutrophication. In this context, the efforts to find alternative phosphorus fertilization strategies are increasing. Thus, this paper addresses two alternative phosphorus fertilization strategies. The first alternative phosphorus fertilization strategy validated in this study was the development of compost-based organo-mineral phosphorus fertilizers in a pot trial with lettuce (Lactuca sativa L.) as model crop under controlled production conditions. In this trial, inorganic conventional phosphorus sources (phosphate rock (RP) and monoammonium phosphate (MAP)) and recovered phosphorus sources (commercial struvite (STR) and bone meal (BM) were studied comparatively. The most relevant results confirmed the beneficial effect of adding compost to the inorganic sources MAP and STR, which improved soil properties, such as the content in organic matter and available phosphorus, and significantly increased plant yield. In addition, struvite in both simple and complex forms (OMF with compost) performed similarly to conventional MAP fertilizer, confirming its potential as an alternative source of phosphorus. The second strategy studied was the recovery of phosphorus in the form of struvite from organic waste rich in this nutrient: manure and sewage sludge. This procedure is common in wastewater treatment plants to reduce the concentration of phosphorus in water. The approach of this study is novel in that it applies this type of procedure to sewage sludge. Basically, to achieve phosphorus extraction from organic wastes is necessary to carry out an extraction in acidic conditions, which is usually developed using chemical reagents. This study explores the generation of the acidic medium necessary for the phosphorus extraction through a fermentation process, i.e., biotically. To this end, organic wastes were incubated with a simple sugar source and a suspension of the lactic acid bacterium Lactobacillus acidophilus. After a centrifugation phase, struvite was precipitated from the recovered liquid phase by dosing MgCl2 and NaOH. Through the procedure implemented, a mixture of recovered phosphorus minerals mainly based on struvite were obtained, which was confirmed by X-ray diffraction. Later, the recovered phosphorus materials obtained were validated in the model crop used in the previous assay (lettuce) through a pot trial under controlled production conditions during two consecutive crop cycles, evaluating the effect of the type of phosphorus source used and the influence on phosphorus availability of an abiotic factor, soil pH, and a biotic factor, the soil inoculation with phosphorus solubilizing bacteria (PSB). The results obtained highlights the potential of the organo-mineral fertilizers with organic waste-derived phosphorus sources as alternative substitutes for conventional inorganic phosphorus sources, since these materials showed similar effects on the yield and quality of the lettuce crop, as well as in relation to the available phosphorus and the soil enzymatic activities related to the soil phosphorus mineralization. On the other hand, the abiotic factor (soil pH) had a clear effect on the plant yield and quality, with best results in acidic conditions. However, the PSB inoculation seemed not to have a clear effect across the two growing cycles in the parameters studied in the plant and in the soil.

Potencial tecnológico y digestibilidad in vitro de coproductos del dátil ilicitano: Aplicación en productos lácteos

2026-06-04T10:17:07Z

Título : Potencial tecnológico y digestibilidad in vitro de coproductos del dátil ilicitano: Aplicación en productos lácteos Autor : Muñoz Bas, Clara María Resumen : La producción sostenible de alimentos, junto con el desarrollo de productos que contribuyan activamente a la promoción de la salud, constituye en la actualidad un eje prioritario tanto en el ámbito científico como en el social. En este contexto, los coproductos generados por la industria agroalimentaria —como pieles, pulpas, semillas u hojas— representan una valiosa fuente de nutrientes y compuestos bioactivos. Su adecuada recuperación y procesamiento permite su reintroducción en la cadena alimentaria, favoreciendo la elaboración de nuevos productos con mayor valor añadido y sostenibilidad. El presente trabajo se centra en la valorización de coproductos del dátil confitera (Phoenix dactylifera L.) mediante su transformación en productos alimentarios intermedios, como pasta, agua y harina de dátil, con el objetivo de promover estrategias de economía circular y sostenibilidad en la industria agroalimentaria. El objetivo general de esta Tesis Doctoral es aportar datos científicos que permitan a las industrias comercializadoras de dátiles frescos aprovechar al máximo la cosecha de este fruto, no solo mediante su comercialización directa, sino también a través de la valorización de los coproductos generados. De esta forma, se busca obtener ingredientes de alta calidad nutritiva y sanitaria, suficientemente estables para ser utilizados por la industria alimentaria —en particular, la industria láctea— en el desarrollo de productos más saludables y sostenibles. Para ello, los productos intermedios obtenidos fueron incorporados en diferentes matrices lácteas elaboradas con leche de cabra (yogur, queso fresco y kéfir), que fueron caracterizadas en cuanto a su composición fisicoquímica, valor nutricional, contenido mineral, ácidos orgánicos, azúcares, propiedades texturales y atributos sensoriales. Asimismo, se evaluó el perfil y la estabilidad de los (poli)fenoles libres y unidos mediante digestión gastrointestinal in vitro, tanto en la pasta de dátil como en el queso fresco enriquecido con esta. Los resultados mostraron que la incorporación de coproductos de dátil mejoró el perfil nutricional y funcional de los productos lácteos sin comprometer su aceptación sensorial. Además, la digestión in vitro reveló una alta estabilidad y bioaccesibilidad de diversos compuestos fenólicos, especialmente flavonoles y ácidos hidroxicinámicos, confirmando el potencial del dátil como ingrediente funcional. En conjunto, este estudio demuestra que la valorización de coproductos del dátil confitera constituye una estrategia viable para el desarrollo de alimentos lácteos funcionales y sostenibles, contribuyendo a la reducción del desperdicio alimentario y al aprovechamiento integral de los recursos agroalimentarios.; The sustainable production of food, together with the development of products that actively promote health, currently represents a key priority in both scientific and social contexts. In this regard, coproducts generated by the agri-food industry—such as peels, pulps, seeds, and leaves—constitute valuable sources of nutrients and bioactive compounds. Their proper recovery and processing enable their reintegration into the food chain, supporting the development of new products with higher added value and improved sustainability. The present work focuses on the valorization of co-products derived from confectionery dates (Phoenix dactylifera L.) through their transformation into intermediate food products, such as date paste, date water, and date flour, with the aim of promoting circular economy and sustainability strategies within the agri-food sector. The main objective of this Doctoral Thesis is to provide scientific evidence that enables the date commercialization industry to maximize the use of the harvested fruit, not only through the sale of fresh dates but also by valorizing the generated coproducts. In this way, it seeks to obtain nutritionally and hygienically high-quality ingredients, sufficiently stable to be used by the food industry—particularly the dairy sector—in the development of healthier and more sustainable products. For this purpose, the intermediate products obtained were incorporated into different goat milk–based dairy matrices (yogurt, fresh cheese, and kefir), which were characterized in terms of their physicochemical composition, nutritional value, mineral content, organic acids, sugars, textural properties, and sensory attributes. Additionally, the profile and stability of free and bound (poly)phenols were evaluated through in vitro gastrointestinal digestion, both in the date paste and in the fresh cheese enriched with it. The results showed that the incorporation of date coproducts improved the nutritional and functional profile of the dairy products without compromising their sensory acceptance. Furthermore, in vitro digestion revealed high stability and bioaccessibility of various phenolic compounds—particularly flavonols and hydroxycinnamic acids—confirming the potential of date-derived ingredients as functional components. Overall, this study demonstrates that the valorization of date coproducts is a viable strategy for developing functional and sustainable dairy foods, contributing to the reduction of food waste and the integral use of agri-food resources.

Desarrollo y optimización de procesos de compostaje de alpechín para la obtención de productos fertilizantes

2026-06-04T10:16:06Z

Título : Desarrollo y optimización de procesos de compostaje de alpechín para la obtención de productos fertilizantes Autor : Mira Urios, Miguel Ángel Resumen : El desarrollo global y el creciente requerimiento en producción han llevado a la sociedad actual a demandar nuevos modelos de gestión de recursos que permitan reutilizar materiales dentro del sistema. La aplicación de estos modelos de economía circular al sector agrícola consiste en la recirculación de los nutrientes de los subproductos y desechos de la actividad agrícola y la industria agroalimentaria de vuelta a los suelos de cultivo. El tamaño e importancia del sector oleícola español conllevan la necesidad de ajustar estos modelos de economía circular a sus actividades, empezando por la gestión de sus residuos de mayor impacto y problemática. En concreto, el alpechín supone un problema de gestión y, desde hace décadas, el método de gestión más comúnmente usado ha sido su almacenaje en balsas de secado, el cual se ha mostrado como un método de gestión ineficaz, ya que no consigue reducir el volumen del residuo y además, estas balsas suponen un potencial foco de contaminación ambiental. Aunque con los años se han planteado diversas estrategias de gestión para este material, la heterogeneidad, producción descentralizada y recalcitrancia de sus compuestos han llevado a la propuesta de técnicas de bajo coste y aplicación sencilla como el compostaje. A causa de la naturaleza fitotóxica y antimicrobiana de los alpechines, debida principalmente a su alto contenido en compuestos fenólicos, los sistemas de compostaje han de adaptarse a este reto para poder acondicionar el residuo y hacer un uso agronómicamente sostenible del mismo. Un método de tratamiento optimizado y ambientalmente seguro permitiría aprovechar el alpechín como una fuente de nutrientes, en especial potasio y materia orgánica para la restauración de suelos. De esta forma, se han planteado técnicas avanzadas como la bioaumentación de las pilas con microorganismos resistentes a los compuestos antimicrobianos del alpechín y capaces de degradar las sustancias más recalcitrantes. En este contexto, se plantea el objetivo principal de esta tesis, que ha sido el desarrollo y validación de procesos biotecnológicos basados en compostaje avanzado para la gestión y el tratamiento de alpechín de balsas abandonadas, teniendo en cuenta el valor agronómico del producto y tratando de mitigar el impacto ambiental de los gases de efecto invernadero (GEI) producidos, utilizando diversos enfoques en la optimización del proceso como son la aplicación de aditivos como el Biochar, el uso de técnicas de manejo alternativas y el uso de consorcios microbianos. Para llevarlo a cabo, se realizó un ensayo de compostaje en pilas con un 50% en peso fresco de alpechín mezclado con distintas fuentes de nitrógeno y carbono. A su vez, dichas pilas se aditivaron con Biochar y aditivos Bio-minerales y aplicó un sistema de cubiertas geotextiles con el objetivo de mitigar las emisiones de GEI. El alpechín causó problemas al inicio del proceso de compostaje, ya que las pilas tardaron en aumentar de temperatura, pero el compost resultante tuvo menor contenido en compuestos fitotóxicos de los que se observaban en el material original. Aun así, no se mitigaron todos los problemas del material. Se llevó a cabo un segundo ensayo de compostaje, con dos concentraciones distintas de alpechín, 30% y 50%, y utilizando las fuentes de nitrógeno y carbono más efectivas del primer ensayo, estiércol vacuno y poda de viña. Estas pilas fueron aditivadas con Biochar, inoculadas con un consorcio microbiano aportado por la Universidad de Almería y tratadas con una combinación de ambas técnicas. El resultado mostró que los microorganismos causaron el aumento de la nitrificación y de las temperaturas de las pilas, mientras que el Biochar redujo las emisiones GEI. Por último, los compost fueron validados en un ensayo de macetas de lechuga bajo condiciones controladas y se evaluó la fitotoxicidad en un ensayo con maíz. Los compost mostraron validez como enmiendas orgánicas, no mostraron efectos fitotóxicos y se comportaron como otros fertilizantes orgánicos similares. Las características del suelo mejoraron, incrementando el stock de carbono, y el ensayo en maíz mostró efectos fitoestimulantes en proporciones al 30% en sustrato.; The global development and increasing demands in production have led the modern society to demand new resource management models that enable the recirculation of materials within the system. The application of these new circular economy models in the agronomic sector consists in the recirculation of nutrients from by-products and waste derived from agricultural and agro-industrial activities back into cultivated soils. The size and relevance of the Spanish olive oil industry require the adaptation of circular economy models to manage its most environmentally harmful and problematic wastes. Specifically, the olive mill wastewater sludge (OMW) presents several management problems. For decades, the most widely used method has been accumulation in drying ponds, which has been proved ineffective, as it is not able to reduce the waste volume and the ponds themselves are a potential source of environmental pollution. Although several management strategies have been proposed over the years, the heterogeneity of the materials, their decentralized production, and the recalcitrancy of their compounds have led to low-cost, easy-to-apply proposals such as composting. Due to the phytotoxic and antimicrobial nature of OMW, mainly caused by its high phenolic content, composting systems require adaptation to address this challenge and be able to treat this waste and make an agronomically sustainable use of it. An optimized and environmentally safe treatment method may allow the use of OMW as a nutrient source, especially potassium and organic matter for soil restoration. Accordingly, several advanced techniques have been proposed, such as the bioaugmentation of composting piles with microorganisms resistant to OMW’s antimicrobial compounds, which may also be capable of decomposing the most recalcitrant substances. In this context, the main objective of this thesis is proposed: developing and validating advanced compost-based biotechnological processes for the management and treatment of OMW from abandoned drying ponds, considering the agronomic value of the product and trying to mitigate the environmental impact of greenhouse gases (GHG) emitted, proposing several alternatives to optimize the process, such as the use of additives like Biochar, different handling techniques, or the use of microbial consortia. To achieve this goal, a composting experiment was carried out, with piles composed of 50% OMW (fresh weight) mixed with different sources of nitrogen and carbon. Additionally, Biochar and Bio-mineral additives were applied to the piles and a system of geotextile covers was used in order to reduce GHG emissions. OMW caused some issues at the beginning of the composting process, as the piles struggled to raise their heat, but the resulting compost had a lower content of phytotoxic compounds compared with the source material. However, not all issues of the source material were mitigated. A second composting experiment was carried out, using two different concentrations of OMW, 30% and 50%, and the most effective nitrogen and carbon sources from the first experiment, cattle manure and grapevine pruning. The piles were treated with a Biochar addition, the inoculation of a microbial consortium from the University of Almería, and a combination of both techniques. The results showed that the microorganisms enhanced nitrification and increased temperature in the piles, and Biochar reduced GHG emissions. Lastly, the composts were tested in a pot experiment using lettuce under controlled conditions, and their phytotoxicity was evaluated in a test using maize. The results indicated that the composts can be used as organic amends, showed no phytotoxic effects, and performed similarly to other organic fertilizers. Soil characteristics improved, as the composts increased their carbon stock, and the maize test showed phytostimulant effects when applied in the substrate in proportions below 30%.

Potencial anticancerígeno de compuestos aislados a partir de tinta de pulpo (octopus vulgaris)

2026-06-04T10:14:44Z

Título : Potencial anticancerígeno de compuestos aislados a partir de tinta de pulpo (octopus vulgaris) Autor : Hernández Zazueta, Martin Samuel Resumen : El cáncer es una enfermedad no transmisible de creciente preocupación en todo el mundo. Esta enfermedad se caracteriza principalmente por el crecimiento incontrolado y la diseminación de células anormales debido a la exposición de factores de riesgo comunes como infecciones por microorganismos, alto consumo de grasas, tabaquismo, factores hereditarios, etc. De manera similar, la inflamación crónica y persistente contribuye al desarrollo de cáncer y puede predisponer a la carcinogénesis. Es por eso que nos vemos en la necesidad de buscar nuevas alternativas que permitan la prevención y / o el tratamiento de esta enfermedad. Los productos alimenticios marinos como la tinta de Octopus vulgaris (OI) podrían ser fuentes de compuestos que aborden estas preocupaciones. Este estudio tuvo como objetivo evaluar los efectos antiproliferativos y antiinflamatorios de los extractos de tinta de Octopus vulgaris (extractos solubles en hexano, acetato de etilo, diclorometano (DM) y extractos solubles en agua) utilizando líneas celulares de cánceres tales como cancer colorrectal humano (HT-29/HCT116) y mama (MDA-MB-231) y células murinas (RAW 264.7) estimuladas con lipopolisacárido (LPS).; Cancer is a non-communicable disease of growing concern throughout the world. This disease is mainly characterized by the uncontrolled growth and spread of abnormal cells due to the exposure of common risk factors such as microorganism infections, high fat intake, smoking, hereditary factors, etc. Similarly, chronic and persistent inflammation contributes to the development of cancer and may predispose to carcinogenesis. That is why we need to find new alternatives that allow the prevention and / or treatment of this disease. Marine food products such as Octopus vulgaris ink (OI) could be sources of compounds that address these concerns. This study aimed to evaluate the antiproliferative and anti-inflammatory effects of OI extracts (hexane-soluble extracts, ethyl acetate, dichloromethane (DM) and water-soluble extracts using cancer cell lines such as human colorectal (HT -29/HCT116) and breast (MDA-MB-231) and murine cells (RAW 264.7) stimulated with lipopolysaccharide (LPS).

Caracterización del aceite esencial de Tagetes elliptica Sm. (Chincho) y su aplicación en la industria alimentaria

2026-06-04T10:13:09Z

Título : Caracterización del aceite esencial de Tagetes elliptica Sm. (Chincho) y su aplicación en la industria alimentaria Autor : Cerrón Mercado, Francis Gladys Resumen : El uso de plantas aromáticas hoy en día es muy utilizado debido a su sabor y aroma, además en los últimos años su uso se ha incrementado debido a su actividad antioxidante y antibacteriana, los cuales pueden ser utilizado para la innovación de nuevos alimentos. La presente investigación doctoral tuvo como objetivos: caracterizar e identificar los compuestos en el aceite esencial de Tagetes elliptica Sm. (Chincho) y evaluar su incorporación en la innovación de nuevos productos de la industria alimentaria (Hamburguesa y trufas de chocolate). Se determinó que el aceite de las hojas y la mezcla de las hojas con tallo presentaron actividad antioxidante para los ensayos (ABTS, DPPH, FRAP, FIC y RANCIMAT). Se identificaron 27 compuestos en el AEC, siendo el componente mayoritario la cis-tagetenona 37.27 %. Y evidenció actividad antibacteriana contra: Staphylococcus aureus, Salmonella infantis y Escherichia coli. En las hamburguesas de res la sustitución de EG proporcionó un perfil de lípidos más saludable, además aumentó el contenido de humedad y disminuyó el contenido de grasa y proteína; la dureza, pérdidas por cocinado disminuyeron con la adición de EG y los niveles de oxidación de lípidos se vieron afectados significativamente por la sustitución de EG. En las trufas de chocolate la adición de harina de maca, harina de dátil, AEC y ron de caña incrementó el contenido de humedad, proteína y cenizas en las formulaciones; por el contrario, disminuyó el contenido de grasa frente al control. Se observó un incremento del valor de Luminosidad (L*), mientras que las diferencias de color encontradas para las muestras sustituidas por los nuevos ingredientes no fueron apreciadas por el ojo humano (ΔE∗ < 3). En conclusión, el AEC mostró una actividad antioxidante y antibacteriana, la sustitución de tocino de cerdo por EG con AEC puede considerarse como una estrategia efectiva para producir hamburguesas de res más saludables; y la adición de nuevos ingredientes como: la harina de maca, harina de dátil y AEC en productos de chocolatería es un prototipo tecnológicamente viable para la innovación de nuevos alimentos. Por lo tanto, estos resultados demuestran que el aceite esencial de chincho podría ser utilizado como nuevos ingredientes en la industria alimentaria y gastronómica.; Aromatic plants are widely used today for their flavor and aroma, and in recent years their use have increased due to their antioxidant and antibacterial activity, which can be used in new food products development and/or innovation. The aim of this work was to characterize and to identify the main potential bioactive compounds current in the Tagetes elliptica Sm. (Chincho) essential oil and to evaluate their use in the new food products innovation for the Food industry (burgers and chocolate truffles). For this purpose, leaves and a mixture of stem and leaves were used. It was found that the essential oil from the leaves and the mixture of leaves with the stem showed antioxidant activity for the assays (ABTS, DPPH, FRAP, FIC and RANCIMAT). Twenty-seven compounds were identified in the CEO (Chincho essential oil), the major component being cis-tagetenone 37.27%. And antibacterial activity against Staphylococcus aureus, Salmonella infantis and Escherichia coli. In beef patties, using EG (gelled emulsions) as fat replacer, resulted in a healthier lipid profile, increased moisture content and decreased fat and protein content; toughness, cooking losses decreased with the addition of EG and lipid oxidation levels were significantly affected by EG addition. In chocolate truffles, the addition of maca flour, date flour, CEO and sugarcane rum increased the moisture, protein and ash content of the formulations, while decreasing the fat content compared to the control. An increase in lightness (L*) was observed, while the colour differences observed in the samples substituted by the new ingredients were not perceptible to human vision (ΔE∗ < 3). In conclusion, CEO showed antioxidant and antibacterial activity, the substitution of EG for pork bacon with chincho essential oil can be considered an effective strategy to produce healthier beef patties, and the addition of new ingredients such as maca flour, date flour and CEO, to chocolate products is a technologically viable way to innovate new foods. Therefore, these results demonstrate that CEO could be used as a new ingredient in the food and gastronomy industries.

Introgresión de genes de resistencia al virus TYLCV en dos variedades tradicionales de tomate: estudio de la eficacia y del efecto de la resistencia sobre las nuevas líneas de mejora

2026-06-04T10:11:57Z

Título : Introgresión de genes de resistencia al virus TYLCV en dos variedades tradicionales de tomate: estudio de la eficacia y del efecto de la resistencia sobre las nuevas líneas de mejora Autor : Cabrera Miras, José Ángel Resumen : Se ha trabajado con dos variedades tradicionales de tomate, Muchamiel y De la pera, con el objetivo de incrementar su resiliencia frente a uno de los principales virus que afecta a este cultivo tan importante, tanto a nivel mundial como nacional. Como en cualquier otro cultivo, la aparición de plagas y enfermedades obliga a realizar ciertas labores para combatirlas y evitar la pérdida y/o merma de la cosecha. Los virus son microorganismos que necesitan de otro ser vivo para poder desarrollarse. Estas enfermedades virales suelen combatirse controlando la forma que utiliza el virus para transmitirse, o bien introduciendo genes de resistencia a dichas enfermedades. Los virus que afectan a vegetales pueden transmitirse de diferente forma: vegetativamente, mecánicamente, a través de la semilla y el polen, y principalmente a través de agentes vectores como insectos, nematodos, ácaros y hongos. Por otro lado, de forma generalizada se podría decir que un gen de resistencia es una secuencia específica en el código genético de la planta cuya labor es, cuando se produce la detección del virus en el organismo, activar un mecanismo de defensa e impedir o retardar la reproducción del virus. Es decir, evita que el virus se multiplique utilizando las células de la planta sana. Sin este mecanismo de defensa, el virus alteraría su metabolismo de forma gradual induciendo el desarrollo de síntomas y un deterioro de la planta que impide un crecimiento adecuado. Los síntomas pueden variar desde simples cambios de color hasta necrosis severa o muerte súbita de la planta. La enfermedad en la que se basa la presente investigación es el virus del rizado amarillo del tomate, cuyo nombre y nomenclatura se ha definido como Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). Es un virus que desde su aparición en 1939 sigue afectando gravemente a los cultivos de tomate de todo el mundo, en parte debido a su facilidad para recombinar y aparición de nuevas mutaciones. El virus es transmitido por la mosca blanca (Bemisia tabaci), y puesto que las medidas dirigidas a controlar las poblaciones de B. tabaci no resultan del todo efectivas y siempre hay riesgo de infección, el mejor mecanismo de defensa es la resistencia genética. Hasta el momento se han descrito 6 genes para TYLCV, Ty- 1, Ty-2, Ty-3, Ty-4, ty-5 y Ty-6, pero todos condicionan niveles variables de tolerancia, ninguno ofrece resistencia completa. Esto quiere decir que aunque se dispongan de materiales con alguno de estos genes, el virus puede desarrollarse en diferentes grados, dependiendo del fondo genético de la planta, de la cepa del virus o de los factores ambientales. Dicho lo anterior, la mejor estrategia es la acumulación de varios de estos genes para obtener niveles más altos de resistencia y que el virus encuentre más barreras para infectar la planta. La estrategia que se siguió en este estudio fue complementar la resistencia a TYLCV mediante la introgresión de genes de resistencia asistida por marcadores moleculares y obtener semillas con Ty-1 y ty-5, para posteriormente con todas las combinaciones de estos dos genes (plantas con los dos genes, plantas con cada uno de los genes y plantas sin ninguno de estos genes), evaluar su comportamiento, tanto a nivel de caracteres productivos y de calidad como a nivel de acumulación de carga viral. A modo de resumen se enumeran de forma general las fases que se desarrollaron para poder llevar a cabo este trabajo y cumplir el objetivo de la tesis doctoral. Partiendo de líneas de mejora con el Ty-1 ya introducido: se realizaron los retrocruzamientos correspondientes al otro gen, el ty-5; se obtuvieron las semillas con las características deseadas en suficientes cantidades para poder realizar los ensayos, tanto de campo como en condiciones controladas; a continuación, se procedió a la toma de datos, análisis e interpretación de los resultados para finalmente ser publicados en dos artículos en revistas científicas de alto impacto. La tesis doctoral se presenta por compendio de artículos: “Effect of Introgression of Ty-1 and ty-5 Genes on Productivity, Quality and Antioxidant Compounds in De la Pera Tomato Breeding Lines” y “Assessment of resistance of Ty-1 and ty-5 genes in Solanum lycopersicum plants infected with Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV)”.; Two traditional tomato varieties have been studied: Muchamiel and De la pera, with the aim of increasing resilience against one of the main virus affecting this important crop, both at a global and national level. As in any other crop, the appearance of pests and diseases makes it necessary to carry out certain tasks to combat them and avoid the loss and/or reduction of the harvest. Viruses are micro-organisms that need another living being in order to develop. These viral diseases are usually combated by controlling the way in which the virus transmits itself, or by introducing resistance genes to these diseases. Viruses affecting plants can be transmitted in different ways: vegetatively, mechanically, through seed and pollen, and mainly through vectors such as insects, nematodes, mites and fungi. On the other hand, in general terms, a resistance gene is a specific sequence in the genetic code of the plant whose task, when the virus is detected in the organism, is to activate a defence mechanism and prevent or delay the reproduction of the virus. In other words, it prevents the virus from multiplying using the cells of the healthy plant. Without this defence mechanism, the virus would gradually alter its metabolism inducing the development of symptoms and a deterioration of the plant that prevents proper growth. Symptoms can range from simple colour changes to severe necrosis or sudden death of the plant. The disease on which this research is based is Tomato yellow leaf curl virus, whose name and nomenclature has been defined as Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). It is a virus that, since its emergence in 1939, continues to severely affect tomato crops worldwide, partly due to its ease of recombination and the emergence of new mutations. The virus is transmitted by the whitefly (Bemisia tabaci), and since measures to control B. tabaci populations are not entirely effective and there is always a risk of infection, the best defence mechanism is genetic resistance. So far, 6 genes have been described for TYLCV, Ty-1, Ty-2, Ty-3, Ty-4, ty-5 and Ty-6, but all of them condition variable levels of tolerance, none of them offers complete resistance. This means that, even if materials with some of these genes are available, the virus can develop to different degrees, depending on the genetic background of the plant, the virus strain or environmental factors. That said, the best strategy is the accumulation of several of these genes to obtain higher levels of resistance and for the virus to encounter more barriers to infect the plant. The strategy followed in this study was to complement resistance to TYLCV through the introgression of resistance genes assisted by molecular markers, and to obtain seeds with Ty-1 and ty-5, and subsequently with all combinations of these two genes (plants with both genes, plants with each of the genes and plants without either of these genes), to evaluate their behaviour, both in terms of productive and quality traits and in terms of viral load accumulation. By way of summary, the phases that were developed in order to carry out this work and fulfil the objective of the doctoral thesis are listed in general terms. Starting from breeding lines with Ty-1 already introduced: the backcrosses corresponding to the other gene, ty-5, were carried out; seeds with the desired characteristics were obtained in sufficient quantities to be able to carry out the tests, both in the field and under controlled conditions; then, the data were collected, analysed and the results interpreted to be finally published in two articles in high-impact scientific journals. The doctoral thesis is presented as a compendium of articles: ‘Effect of Introgression of Ty-1 and ty-5 Genes on Productivity, Quality and Antioxidant Compounds in De la Pera Tomato Breeding Lines’ and ‘Assessment of resistance of Ty-1 and ty-5 genes in Solanum lycopersicum plants infected with Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV)’.

Molecular profile of polysaccharides from upcycled products: Digestive, physiological, biological, and prebiotic properties

2026-05-27T01:04:13Z

Título : Molecular profile of polysaccharides from upcycled products: Digestive, physiological, biological, and prebiotic properties Autor : Salazar Bermeo, Julio Esteban Resumen : Upcycling fruit by-products demands careful monitoring of processing technologies to yield physiologically active molecules, such as (poly)phenols and dietary fibre (DF) prebiotics , with proved bioactive potential. Upcycling by-products must ensure besides consumer acceptability, appropriate digestibility, and fermentability, contributing to gut microbiota modulation and intestinal health. Additionally, bioactive compounds must be metabolized through efficient biochemical pathways to confer health benefits and mitigate disease risks. Persimmon (Diospyros kaki Thunb.) fruit by-products offer a distinctive profile as a model system for upcycling bioactive compounds research. Persimmon by-products, rich in (poly)phenols, carotenoids, and DF, represent a valuable resource for biotechnological, nutraceutical, pharmaceutical, and food applications. Across this thesis, we have revealed, in four chapters, the potential of persimmon upcycled DF for applications ranging from epithelial modulators to nutraceutical delivery systems through the optimization of novel extraction technologies, the bioactive potential of extracted fractions, and their molecular interactions. In the first chapter, we studied the health benefits of persimmon processed by-products, particularly its prebiotic properties and impact on gut health. Through in vitro digestion and fermentation with probiotic strains like Lactobacillus casei and Bifidobacterium bifidum, persimmon fibres promoted the production of short-chain fatty acids, particularly butyrate; short fatty acids are studied for maintaining gut health, as they support intestinal epithelial integrity and reduce inflammation. Further studies using Caco-2 cell monolayers demonstrated the fibre's ability to enhance intestinal barrier function by increasing trans-epithelial electrical resistance (TEER) values. The antioxidant properties of persimmon obtained fibres were another focal point of this thesis. Rich in (poly)phenols and carotenoids, the extracted fractions exhibited strong radical-scavenging activity when measured by DPPH• and ABTS•+ radical assays. Novel extraction technologies played a pivotal role in the second and third chapter. Ultrasound assisted extraction (UAE), Natural deep eutectic solvents (NADES) and Vacuum instantaneous expansion (USEX), were employed to maximize the extraction of bioactive compounds while preserving their structural integrity. These techniques yielded polysaccharides and phenolic compounds with enhanced antioxidant activity and fermentability. USEX was combined with UAE to optimize the processing of rhamnogalacturonan-I (RG-I) polysaccharides. This coupling significantly optimized antioxidant activity and ζ-potential, creating a stable and functional polysaccharide matrix for various applications. Structural and biochemical profiling of these polysaccharides using mass spectrometry, infrared spectroscopy, and microscopy analyses revealed information about their composition and properties. In the second chapter, persimmon fibre's bioactive potential studies extended beyond health benefits into functional applications. We incorporated DF fractions into prototype functional beverages, including isotonic and dairy-based drinks. Enriched beverages not only met consumer preferences for taste and texture but also delivered enhanced nutritional benefits. Sensory evaluations revealed high acceptability scores, with DF-enriched beverages outperforming commercial controls in consumer tests. The stability and functional properties of these beverages were further supported by the fibre's techno-functional attributes, such as emulsifying and gel-forming capacities. The versatility of persimmon processed by-product was further demonstrated in the third chapter with the application of its polysaccharides as a nutraceutical delivery excipient. RG-I polysaccharides from persimmon exhibited compatibility with acetaminophen, improving its release profile and stability during digestion. Permeation studies indicated a diffusion-based permeation mechanism, adhering to the Korsmeyer-Peppas model. This makes persimmon DF a promising candidate for developing sustained release and targeted drug delivery systems. Optimization reduced reactive oxygen species (ROS) levels and suppressed pro-inflammatory cytokines, such as interleukin-6 (IL-6) and IL-8. Actuation through the Nrf2 pathway was observed, indicating a cellular response to oxidative stress mitigation. In the fourth chapter, the studies on (poly)phenols aligned closely with research into the complex metabolic pathways, providing a broader biochemical context for understanding the interplay between (poly)phenols and human physiology. Our findings have facilitated the understanding of metabolism, particularly the function of amino acids in conjugated (poly)phenolic metabolites. The fourth chapter revealed a diverse array derived from hydroxycinnamic, phenylpropanoic, phenylacetic, and benzoic acids, illustrating previously underexplored pathways of phase II metabolism. Unlike traditional conjugation mechanisms like glucuronidation and sulphation, which primarily enhance solubility for excretion, amino acid conjugation exhibits unknown bioactive properties. From a sustainability perspective, this thesis underlines the role of new technologies in processing by-products for promoting circular economy practices. The use of green extraction technologies reduced environmental impact while maximizing the recovery of valuable bioactive compounds. By transforming agro-industrial waste into high-value functional ingredients, these approaches align with global efforts to reduce waste and enhance resource efficiency. The integration of persimmon DF into food, nutraceutical, and pharmaceutical products exemplifies its potential to be transformed while addressing sustainability challenges. In conclusion, in this thesis, we studied the versatile potential of processing persimmon fruit by-products through advancements in extraction technologies and comprehensive biochemical characterization, this research project has found novel applications in health and industry. Persimmon DF demonstrated antioxidant, prebiotic, and gut barrier-enhancing properties, coupled with its suitability for functional beverages and drug delivery systems, establishing it as a versatile and sustainable upcycled ingredient.; La revalorización de subproductos alimentarios requiere un monitoreo exhaustivo de las tecnologías de procesamiento para obtener moléculas fisiológicamente activas, como los (poli)fenoles y los prebióticos derivados de fibra dietética (DF), con potencial bioactivo comprobado. Este proceso debe garantizar no solo la aceptabilidad por parte del consumidor, sino también una adecuada digestibilidad y fermentabilidad, contribuyendo a la modulación del microbiota y la salud intestinal. Asimismo, los compuestos bioactivos obtenidos deben ser metabolizados a través de rutas bioquímicas eficientes para proporcionar beneficios a la salud y mitigar el riesgo de enfermedades. En este contexto, los subproductos del caqui (Diospyros kaki Thunb.) representan un modelo ideal para investigar la revalorización de compuestos bioactivos. Los subproductos del caqui, ricos en (poli)fenoles, carotenoides y fibra dietética, constituyen un recurso prometedor para aplicaciones biotecnológicas, nutracéuticas, farmacéuticas y alimentarias. Esta tesis, estructurada en cuatro capítulos, aborda el potencial de la fibra dietética extraída del caqui para aplicaciones que van desde moduladores epiteliales hasta sistemas de liberación nutracéutica, mediante la optimización de tecnologías de extracción innovadoras, la evaluación del potencial bioactivo de las fracciones extraídas y el análisis de sus interacciones moleculares. En el primer capítulo, se analizaron los beneficios para la salud de los subproductos procesados del caqui, destacando sus propiedades prebióticas y su impacto positivo en la salud intestinal. Los estudios de digestión y fermentación in vitro con cepas probióticas como Lactobacillus casei y Bifidobacterium bifidum demostraron que las fibras de caqui fomentan la producción de ácidos grasos de cadena corta, particularmente butirato, reconocido por mantener la integridad del epitelio intestinal y reducir la inflamación. Experimentos con monocapas de células Caco-2 evidenciaron que la fibra mejora la función de la barrera intestinal al incrementar los valores de resistencia eléctrica trans-epitelial (TEER). Además, las fracciones de fibra extraídas, ricas en (poli)fenoles y carotenoides, presentaron una elevada capacidad antioxidante en ensayos con radicales DPPH• y ABTS•+. En los capítulos segundo y tercero, se exploraron tecnologías avanzadas de extracción, como la extracción asistida por ultrasonido (UAE), los solventes eutécticos naturales profundos (NADES) y la expansión instantánea al vacío (USEX). Estas técnicas permitieron maximizar la extracción de compuestos bioactivos, preservando su estructura y funcionalidad. La combinación de USEX y UAE mejoró significativamente la extracción de polisacáridos tipo ramnogalacturonano-I (RG-I), aumentando su actividad antioxidante y estabilizando su matriz de polisacáridos para diversas aplicaciones. Los análisis estructurales y bioquímicos realizados mediante espectrometría de masas, espectroscopía infrarroja y microscopía revelaron información detallada sobre la composición y propiedades de estos polisacáridos. Asimismo, el segundo capítulo amplió el análisis hacia aplicaciones funcionales, incorporando fracciones de DF del caqui en bebidas funcionales, incluyendo bebidas isotónicas y lácteas. Estas formulaciones no solo lograron una alta aceptación sensorial, sino que también ofrecieron beneficios nutricionales mejorados gracias a las propiedades emulsificantes y gelificantes de la fibra. En el tercer capítulo, se demostró la versatilidad de los polisacáridos de caqui como excipientes en sistemas de liberación nutracéutica. Los polisacáridos RG-I mejoraron el perfil de liberación y estabilidad del acetaminofén durante la digestión, mostrando un mecanismo de permeación basado en difusión conforme al modelo de Korsmeyer-Peppas. Además, se observó una reducción en las especies reactivas de oxígeno (ROS) y la supresión de citocinas proinflamatorias como IL-6 e IL-8, activando la vía Nrf2 para mitigar el estrés oxidativo. En el cuarto capítulo, los estudios sobre los (poli)fenoles proporcionaron una comprensión más amplia de las rutas metabólicas involucradas en la interacción entre estos compuestos y la fisiología humana. Los resultados revelaron metabolitos derivados de ácidos hidroxicinámicos, fenilpropanoicos, fenilacéticos y benzoicos, y destacaron rutas metabólicas de fase II poco exploradas, como la conjugación con aminoácidos, que presentan propiedades bioactivas únicas. Desde una perspectiva de sostenibilidad, esta investigación enfatiza el papel de nuevas tecnologías de extracción para promover la economía circular. Estas estrategias reducen el impacto ambiental al transformar residuos agroindustriales en ingredientes funcionales de alto valor, alineándose con los esfuerzos globales para reducir el desperdicio y mejorar la eficiencia de los recursos. En conclusión, esta tesis establece el potencial de los subproductos del caqui mediante tecnologías de extracción avanzadas y una caracterización bioquímica integral. Los hallazgos destacan propiedades antioxidantes, prebióticas y de mejora de la barrera intestinal en la fibra dietética del caqui, así como su aplicabilidad en bebidas funcionales y sistemas de liberación nutracéutica, posicionándola como un ingrediente versátil y sostenible para la industria.

Dispositivos electrónicos para el diagnóstico y evaluación de pacientes con patologías del sistema cardiovascular periférico

2026-05-27T01:04:10Z

Título : Dispositivos electrónicos para el diagnóstico y evaluación de pacientes con patologías del sistema cardiovascular periférico Autor : Romero Ante, Juan David Resumen : El Sistema Cardiovascular Periférico (SCP) está compuesto por arterias, venas y capilares encargados de transportar sangre hacia los tejidos más alejados del cuerpo y puede verse afectado por patologías que comprometen la circulación arterial y venosa, así como los nervios que regulan su funcionamiento. Entre estas enfermedades, la Enfermedad Arterial Periférica (EAP) y la Neuropatía Periférica (NP) suelen provocar complicaciones asociadas a la formación de heridas y úlceras que, en casos graves, pueden derivar en amputaciones. Estas situaciones representan un desafío clínico relevante debido al impacto que tienen en la funcionalidad y en la calidad de vida de los pacientes. La presente Tesis Doctoral se centra en el diseño, desarrollo y validación de sistemas electrónicos destinados a apoyar el diagnóstico y seguimiento de pacientes con EAP y NP. En primer lugar, se propuso un sistema para la medición del Índice Tobillo-Brazo (ITB) basado en señales de electrocardiograma (ECG) y fotopletismografía (PPG), con el objetivo de mejorar el procedimiento de detección de la EAP. Asimismo, se desarrolló un sistema de medición de la Actividad Electrodérmica (EDA) orientado a la monitorización de la función sudomotora en pacientes con NP. Además, se exploró el uso de señales de excitación en corriente alterna (AC) de onda completa para la medición de EDA, lo que mostró resultados superiores en términos de estabilidad y calidad de la señal registrada. Por último, se diseñó y validó una plantilla sensorizada para el pie con electrodos ubicados en las zonas de mayor presión plantar, lo que permite medir la EDA en condiciones de marcha y amplía el potencial del sistema para el seguimiento ambulatorio de pacientes con NP. Los principales resultados de esta tesis han sido publicados en dos artículos en revistas indexadas en el Journal Citation Reports (JCR). En la publicación Validation of a New Ankle Brachial Index Measurement System Using Pulse Wave Velocity se describe el desarrollo del sistema propuesto para medir el ITB, junto con los resultados de un primer estudio de validación clínica comparado con el método tradicional. Los hallazgos evidenciaron un alto grado de concordancia entre ambos métodos, respaldando la fiabilidad de la propuesta. Por otro lado, el artículo Feasibility Study of Using Alternating Current Excitation to Obtain Electrodermal Activity with a Wearable System presenta el diseño de un sistema portable para la medición de EDA con excitación en corriente alterna (AC). En este trabajo se destacan las ventajas de la excitación en AC frente al método tradicional, mostrando señales más estables en el tiempo y facilitando un mejor seguimiento del componente tónico de la señal, que refleja la actividad basal de las glándulas sudoríparas. Este avance representa un aporte adicional con aplicaciones en diversos contextos biomédicos.; The Peripheral Cardiovascular System (PCS) consists of arteries, veins, and capillaries that transport blood to tissues further from the body. It can be affected by conditions that compromise arterial and venous circulation, as well as the nerves that regulate their function. Among these conditions, Peripheral Arterial Disease (PAD) and Peripheral Neuropathy (PN) often lead to complications such as wounds and ulcers that, in severe cases, can result in amputations. This doctoral thesis focuses on the design, development, and validation of electronic systems aimed at supporting the diagnosis and monitoring of patients with PAD and PN. Firstly, an Ankle-Brachial Index (ABI) measurement system based on electrocardiogram (ECG) and photoplethysmography (PPG) signals was proposed to improve the PAD detection procedure. In addition, an Electrodermal Activity (EDA) measurement system was developed to monitor sudomotor function in patients with PN. The use of full-wave alternating current (AC) excitation signals for EDA measurement was also explored, showing superior results in terms of stability and signal quality. Finally, a sensorised insole was designed and validated with electrodes positioned in areas of highest plantar pressure, enabling EDA measurement during walking and expanding the system's potential for outpatient PN monitoring. The main results of this thesis have been published in two articles in journals indexed in the Journal Citation Reports (JCR). The publication Validation of a New Ankle Brachial Index Measurement System Using Pulse Wave Velocity describes the development of the proposed ABI measurement system, and the results of the initial clinical validation study compared to the traditional method. The findings showed a high degree of agreement between the two methods, supporting the reliability of the proposed approach. On the other hand, the article Feasibility Study of Using Alternating Current Excitation to Obtain Electrodermal Activity with a Wearable System presents the design of a wearable system for measuring EDA using alternating current (AC) excitation. This work highlights the advantages of AC excitation over the traditional method, showing more stable signals over time and enabling better tracking of the tonic component of the signal, which reflects the basal activity of sweat glands. This advance represents an additional contribution with applications in various biomedical contexts.

Estrategias funcionales para favorecer la osteogénesis y angiogénesis en andamios vitrocerámicos multicapa dopados iónicamente

2026-05-27T01:04:04Z

Título : Estrategias funcionales para favorecer la osteogénesis y angiogénesis en andamios vitrocerámicos multicapa dopados iónicamente Autor : Riosalido de Lucas, Paula Mónica Resumen : El tejido óseo posee una notable capacidad de autorregeneración, lo que le permite reparar lesiones y adaptarse a las demandas mecánicas. Sin embargo, dicha capacidad puede verse comprometida por factores como el envejecimiento o la presencia de enfermedades concomitantes. El tratamiento habitual de estas lesiones se basa en la aplicación de injertos óseos, siendo especialmente relevantes los de naturaleza cerámica debido a su baja inmunogenicidad, alta disponibilidad y similitud con la fase mineral del hueso. No obstante, aún no se ha logrado desarrollar un injerto que combine, de forma simultánea, las propiedades químicas, mineralógicas, físicas y biológicas necesarias para garantizar la eficacia del implante a largo plazo. En este contexto, la presente Tesis Doctoral plantea el diseño y desarrollo de andamios multicapa, concebidos para combinar fases con propiedades complementarias que permitan satisfacer dichos requisitos. Para ello, se formularon andamios que integran en una única estructura las fases CaSiO₃, Ca₂P₆O₁₇ y Ca₃(PO₄)₂. Las técnicas empleadas para la obtención de dichos andamios fueron el proceso sol-gel y la técnica de réplica de esponja polimérica. Los andamios desarrollados presentaron una estructura policristalina, con un núcleo compuesto por SiO₂ y cristales de Ca₂P₂O₇ embebidos en una matriz vítrea. Por otro lado, los recubrimientos externos proporcionaron fases bioactivas y reabsorbibles, como CS, β-TCP, whitlockita y akermanita. Respecto a las propiedades físicas, los andamios mostraron una resistencia mecánica en el rango de 1.8–2 MPa y una porosidad total cercana al 85%, valores alineados con las propiedades del hueso trabecular. Además, considerando el potencial del dopaje iónico para modular las propiedades de los materiales, y el papel de los iones en la regulación de procesos celulares clave, se incorporó Li en la fase P6, y se dopó el recubrimiento externo de CS con Na, K, y cantidades variables de Mg (0-0,75 g MgCO₃). La cantidad de Mg introducida como dopante no afectó significativamente a la porosidad o resistencia mecánica, sin embargo, moduló el comportamiento bioactivo y la microestructura de los andamios CSX. Durante los ensayos de bioactividad, se determinó que cantidades de MgCO₃ entre 0,4 g (CS04) y 0,5 g (CS05) optimizaron la formación de apatito, promoviendo un precipitado temprano y sostenido a lo largo de los 21 días de estudio. En particular, el andamio CS04 presentó una microestructura lamelar, que fue recubierta progresivamente por precipitado de apatito hasta quedar completamente cubierta en el día 14. Por su parte, el andamio CS05 exhibió una superficie heterogénea, caracterizada por la presencia de estructuras granulares y abastonadas. Sobre esta superficie, se desarrolló un precipitado que experimentó una evolución desde estructuras entrelazadas (día 1) hacia una morfología poliédrica (día 3) y, posteriormente, microesferas huecas de apatita (día 7) que se mantuvieron hasta el día 14. La formación de estas microesferas se atribuye al mecanismo de maduración de Ostwald, favorecido por la elevada densidad de carga superficial inducida por el dopaje con Mg. Desde una perspectiva funcional, la topografía lamelar destaca por su biomimetismo estructural, mientras que las microesferas representan una plataforma prometedora para la liberación controlada de fármacos o agentes bioactivos. Una vez realizados los ensayos de bioactividad, se procedió a evaluar la biocompatibilidad de los andamios CS0 (control), CS04 y CS05, en líneas celulares murinas (fibroblastos 3T3 y preosteoblastos MC3T3-E1) y humanas (fibroblastos HFF1 y células madre mesenquimales). Concretamente se evaluó la citocompatibilidad, el potencial osteogénico indirecto de los andamios mediante la exposición de MSCs a los productos de disolución, así como el potencial osteogénico directo en MC3T3-E1. Asimismo, se valoró el potencial angiogénico mediante la cuantificación de VEGF en sobrenadantes celulares de MC3T3-E1. Adicionalmente, se comparó la proliferación de fibroblastos 3T3 sembrados sobre las diferentes topografías exhibidas por CS04 y CS05 antes y después de los ensayos de bioactividad. Todos los andamios mostraron una citocompatibilidad adecuada, reflejada en una proliferación celular sostenida tanto en el enfoque directo como en el indirecto, una morfología fenotípicamente conservada y una interacción célula-andamio robusta. El análisis de los productos de disolución reveló una liberación predominante de silicio y litio, elementos implicados en la activación de rutas osteogénicas y angiogénicas, especialmente la vía Wnt. Asimismo, se determinó que las modificaciones topográficas inducidas por el Mg, tanto el patrón lamelar de CS04, en particular su variante recubierta por apatito, como las microesferas huecas observadas en CS05, favorecieron una mayor proliferación celular respecto al resto de morfologías. En cuanto al potencial osteogénico, los ensayos en MSCs demostraron que los productos de disolución liberados por los andamios promovieron una mayor diferenciación osteoblástica tras 21 días, como se refleja en el aumento de la expresión de ALP y en una mayor mineralización respecto al control. De forma similar, en los ensayos directos, los preosteoblastos MC3T3-E1 cultivados sobre los andamios presentaron una actividad osteogénica superior, con una mayor deposición de calcio y una actividad específica de ALP incrementada respecto al control tras 21 días. Estos efectos fueron ligeramente más acentuados en el andamio CS04, lo que se atribuye a su topografía lamelar biomimética. En cuanto al potencial angiogénico, se registró un aumento del 170% en la liberación de VEGF en los sobrenadantes celulares de MC3T3-E1, lo cual, junto con la elevada porosidad de los andamios, refuerza su idoneidad como soporte estructural para la vascularización tisular. En conclusión, en la presente Tesis Doctoral se han desarrollado andamios bioactivos de tercera generación, con diseño multicapa y degradación controlada, capaces de liberar iones osteo- y angiogénicos de forma sostenida. Su elevada porosidad, topografías biomimeticas y dopaje iónico les confieren un comportamiento bioactivo avanzado, presentándose como candidatos prometedores en ITO.; Bone tissue possesses a remarkable capacity for self-regeneration, allowing it to repair injuries and adapt to mechanical demands. However, this capacity can be compromised by factors such as ageing or the presence of concomitant diseases. The usual treatment for such lesions is based on the application of bone grafts, with those of a ceramic nature being particularly relevant due to their low immunogenicity, high availability and similarity to the mineral phase of bone. However, the development of a graft that combines the chemical, mineralogical, physical and biological properties necessary to guarantee the long-term efficacy of the implant has not yet been achieved. In this context, this Doctoral Thesis proposes the design and development of multilayer scaffolds, conceived to combine phases with complementary properties to meet these requirements. In order to achieve this objective, scaffolds integrating CaSiO₃, Ca₂P₆O₁₇ and Ca₃(PO₄)₂ phases into a single structure were formulated. The techniques used to obtain these scaffolds were the sol-gel process and the polymer sponge replication technique. The developed scaffolds exhibited a polycrystalline structure, with a core composed of SiO₂ and Ca₂P₂O₇ crystals embedded in a glassy matrix. Conversely, external coatings provided bioactive and resorbable phases, such as CS, β-TCP, whitlockite and akermanite. Regarding physical properties, the scaffolds demonstrated a mechanical strength within the range of 1.8–2 MPa, and a total porosity close to 85%, values aligned with the properties of trabecular bone. Furthermore, considering the potential of ion doping to modulate material properties, and the role of ions in regulating key cellular processes, Li was incorporated into the P6 phase, and the outer CS coating was doped with Na, K, and varying amounts of Mg (0-0.75 g MgCO₃). The amount of Mg introduced as a dopant did not significantly affect the porosity or mechanical strength, however, it was found to modulate the bioactive behaviour and microstructure of the CSX scaffolds. During the bioactivity tests, it was determined that amounts of MgCO₃ between 0.4 g (CS04) and 0.5 g (CS05) optimised apatite formation, promoting early and sustained precipitation throughout the 21-day study. In particular, the CS04 scaffold exhibited a lamellar microstructure, which was progressively covered by apatite precipitate until it was completely covered by day 14. Conversely, scaffold CS05 exhibited a heterogeneous surface, characterised by the presence of granular and abased structures. On this surface, a precipitate developed and evolved from interlocking structures (day 1) to a polyhedral morphology (day 3) and, subsequently, hollow apatite microspheres (day 7) that were maintained until day 14. The formation of these microspheres is attributed to the Ostwald maturation mechanism, which is favoured by the high surface charge density induced by Mg doping. From a functional perspective, the lamellar topography stands out for its structural biomimicry, while the microspheres represent a promising platform for the controlled release of drugs or bioactive agents. Once the bioactivity assays were performed, the biocompatibility of the CS0 (control), CS04 and CS05 scaffolds was evaluated in murine (3T3 fibroblasts and MC3T3-E1 preosteoblasts) and human (HFF1 fibroblasts and mesenchymal stem cells) lines. Specifically, the cytocompatibility, the indirect osteogenic potential, assessed by exposing MSCs to the dissolution products, as well as the direct osteogenic potential in MC3T3-E1 were assessed. Furthermore, angiogenic potential was evaluated by quantification of VEGF release in MC3T3-E1 cell supernatants. Additionally, the proliferation of 3T3 fibroblasts seeded on the different topographies exhibited by CS04 and CS05 before and after bioactivity assays was compared. All scaffolds demonstrated adequate cytocompatibility, reflected in sustained cell proliferation in both direct and indirect approaches, phenotypically conserved morphology and robust cell-scaffold interaction. The analysis of the dissolution products revealed a predominant release of silicon and lithium, elements involved in the activation of osteogenic and angiogenic pathways, especially the Wnt pathway. It was also determined that the topographical modifications induced by Mg, both the lamellar pattern of CS04, in particular its apatite-coated variant, and the hollow microspheres observed in CS05, favoured a higher cell proliferation than the other morphologies. In terms of osteogenic potential, assays on MSCs demonstrated that the dissolution products released by the scaffolds promoted increased osteoblast differentiation after 21 days, as reflected by increased ALP expression and increased mineralisation compared to the control. Similarly, in direct assays, MC3T3-E1 preosteoblasts cultured on the scaffolds exhibited superior osteogenic activity, with increased calcium deposition and increased ALP-specific activity relative to the control after 21 days. These effects were slightly more pronounced in the CS04 scaffold, which is attributed to its biomimetic lamellar topography. Regarding the angiogenic potential, there was a 170% increase in VEGF release in MC3T3-E1 cell supernatants, which, together with the high porosity of the scaffolds, reinforces their suitability as a structural support for tissue vascularisation. In conclusion, this Doctoral Thesis has developed third generation bioactive scaffolds, with multilayer design and controlled degradation, capable of releasing osteo- and angiogenic ions in a sustained manner. Their high porosity, biomimetic topographies and ionic doping confer them an advanced bioactive behaviour, presenting them as promising candidates in ITO.

Project Scheduling: New Approaches and Solving Methods

2026-05-27T01:04:06Z

Título : Project Scheduling: New Approaches and Solving Methods Autor : Rodríguez Ballesteros, Sofía Resumen : La planificación de proyectos es una disciplina fundamental en investigación operativa que abarca una amplia variedad de modelos y métodos para programar actividades interdependientes, sujetas habitualmente a restricciones de precedencia y recursos, buscando optimizar determinados objetivos. Conforme aumenta el dinamismo, la limitación y la incertidumbre de los problemas reales, los modelos tradicionales presentan dificultades para reflejar características clave como formulaciones multi-objetivo, costes dependientes del tiempo, modos alternativos de ejecución o información incompleta en la planificación. Esta tesis doctoral aborda estas limitaciones mediante nuevas formulaciones matemáticas y métodos de resolución que aumentan la flexibilidad y eficacia de los modelos, favoreciendo así una toma de decisiones más robusta y fundamentada. La investigación desarrolla tres líneas interrelacionadas que extienden la planificación de proyectos hacia contextos más realistas. La primera se centra en una extensión del problema clásico de planificación de proyectos con recursos limitados, que incorpora costes de recursos dependientes del tiempo y busca minimizar conjuntamente la duración del proyecto y el coste total. Diversas metaheurísticas son adaptadas y evaluadas mediante experimentos computacionales, mostrando claramente sus ventajas e inconvenientes y confirmando su eficacia para obtener soluciones diversas y de alta calidad. La segunda línea amplía el modelo incorporando capacidades variables y múltiples modos de ejecución, cada uno con distintos equilibrios entre uso de recursos y duración. Se propone una metaheurística específica con operadores adaptados al problema, que demuestra ser robusta y escalable, superando consistentemente a métodos exactos en instancias de tamaño medio y grande, y obteniendo además resultados competitivos en problemas pequeños. La tercera línea se centra en un problema cuyos costes dependen del instante de inicio de las actividades y están sujetos a incertidumbre presupuestada. Motivado por aplicaciones donde el orden de ejecución está fijado, pero los tiempos de inicio son flexibles, se plantea un marco robusto de optimización en dos etapas, con una formulación compacta para el caso continuo y un algoritmo iterativo para el discreto. Los resultados computacionales confirman la eficiencia y escalabilidad del modelo compacto, proporcionando soluciones de alta calidad bajo incertidumbre. En conjunto, esta tesis contribuye al campo de la planificación de proyectos mediante modelos flexibles y métodos de resolución eficientes, acortando la distancia entre teoría y práctica. Los enfoques propuestos permiten abordar problemas multi-objetivo, incorporar flexibilidad en la ejecución y generar calendarios fiables en contextos inciertos, proporcionando herramientas eficaces para afrontar escenarios reales y complejos.; This doctoral thesis delves into the project scheduling literature, a core field within operations research encompassing a variety of models and methods aimed at organizing interdependent activities over time—often subject to precedence and resource constraints—while optimizing specific objectives. As modern project environments become increasingly dynamic and uncertain, traditional models struggle to reflect key features such as multi-objective formulations, time-dependent costs, alternative execution modes, and incomplete information at the planning stage. This research addresses these limitations by proposing new mathematical formulations and tailored solution methods that improve the realism, flexibility, and effectiveness of scheduling models, ultimately contributing to more resilient and evidence-based decision-making. Three interrelated research lines are developed, each addressing a critical aspect of project scheduling under realistic constraints. The first focuses on an extension of the classical resource-constrained project scheduling problem that incorporates time-varying resource costs, aiming to jointly minimize project duration and total cost. Several metaheuristic algorithms are adapted and rigorously evaluated through computational experiments, revealing performance trade-offs and confirming the effectiveness of evolutionary strategies in producing diverse, high-quality solutions. The second line expands the model by integrating time-varying resource capacities and multiple execution modes per activity, each reflecting different trade-offs between resource use and duration. A tailored metaheuristic with problem-specific operators is proposed, demonstrating robustness and scalability, consistently outperforming exact methods on medium- and large-scale instances while remaining competitive on smaller ones. The third line introduces a scheduling problem with starting-time-dependent costs, defined within a budgeted uncertainty set. Motivated by applications with fixed execution order and flexible starting times, a robust two-stage optimization framework is proposed. A compact mixed-integer formulation is introduced for the continuous case, while an iterative algorithm is developed for the discrete counterpart. Computational experiments confirm the model's efficiency, scalability, and ability to deliver high-quality solutions under uncertainty. Overall, this thesis advances project scheduling by offering flexible modeling frameworks and efficient solution methods that bridge the gap between theory and practice. The proposed approaches support multi-objective decision-making, incorporate execution flexibility, and yield reliable schedules in uncertain environments. Together, these contributions provide valuable tools that enhance planning performance in complex, real-world scenarios.