Síntesis y caracterización de polímeros de coordinación porosos como agentes liberadores de fármacos

Resumen

De forma general, a pesar de que existen una gran variedad de fármacos con actividad anticancerígena, en muchos casos su efectividad se ve limitada por su rápida biodegradación y eliminación del organismo. Además, muchos compuestos bioactivos poseen una baja solubilidad en medio acuoso, debido a su elevado peso molecular y/o a la presencia de grupos hidrofóbicos en sus estructuras, por lo que son reconocidos y eliminados por el sistema inmune. Por lo tanto, la administración de estas moléculas bioactivas en pacientes requiere el desarrollo de métodos que consigan su transporte y liberación en medio fisiológico de forma específica, prolongada y a un ritmo controlado. El diseño de nuevas moléculas bioactivas y tratamientos inteligentes ha dado lugar al desarrollo de agentes portadores no tóxicos, es decir, lo que se conoce como sistemas de liberación controlada de fármacos (DDS, drug-delivery systems). En este sentido, recientemente, se ha propuesto un nuevo tipo de materiales inorgánicos porosos conocidos como polímeros de coordinación porosos (PCPs) o redes metalorgánicas (MOFs) para dicha aplicación. Los MOFs están basados en iones metálicos conectados mediante espaciadores orgánicos de forma que se genere una red porosa accesible a moléculas huésped. Estos compuestos presentan algunas características que los hacen prometedores como sistemas de liberación de fármacos: i) un elevado volumen de poro con una alta capacidad de adsorción; ii) la posibilidad de funcionalizar de forma adecuada los poros, donde pueden tener lugar interacciones matriz-huésped que permitan la reversibilidad del proceso de adsorción; iii) la posibilidad de utilizar metales biocompatibles y ligandos bioactivos en sí mismos para su síntesis; iv) una estabilidad adecuada para aplicaciones biológicas, de forma que son lo suficientemente estables para liberar el fármaco adsorbido en el tiempo deseado pero que, finalmente, se degradan en el medio biológico, evitando la bioacumulación. Como resultado de los factores anteriormente mencionados, los polímeros de coordinación porosos se consideran, hoy día, buenos candidatos para desarrollar terapias más efectivas y respetuosas con los pacientes. Esta Tesis Doctoral se centra en las potenciales aplicaciones biomédicas de los MOFs y, en concreto, en el uso de estas matrices porosas como sistemas para la liberación controlada de metalofármacos no convencionales. En concreto, se han investigado los siguientes aspectos: i) síntesis y caracterización de MOFs adecuados para la encapsulación de fármacos, ii) evaluación de la estabilidad de los sistemas en condiciones fisiológicas, iii) estudios de adsorción/liberación de una o varias moléculas bioactivas con potencial actividad antitumoral sinérgica en distintos medios fisiológicos simulados y, iv) síntesis de nuevos compuestos de tipo ¿semi-sandwich¿ de Ru(II) con actividad anticancerígena. Debe destacarse que se ha trabajado en la construcción de MOFs basados en ligandos nitrogenados de tipo pirazol, que dan lugar a enlaces de coordinación M-N(pirazolato) más robustos que los enlaces M-O(carboxilato), con el fin de evitar la rápida biodegradación de la red porosa en el medio fisiológico y, por tanto, la liberación masiva del fármaco. Teniendo en cuenta lo anterior, en el apartado 2.1 de esta Tesis, se ha descrito la síntesis y caracterización de un MOF robusto y con una porosidad adecuada para incorporar metalofármacos antitumorales de Ru(II) no convencionales. En este apartado, se ha diseñado el ligando de tipo bispirazolato simétrico 4,4¿-(buta-1,3-diino-1,4-diil)bispirazolato que en combinación con clusters octanucleares de Ni(II) da lugar a la red porosa [Ni8(OH)4(H2O)2(4,4¿-(buta-1,3-diino-1,4-diil)bispirazolato)6]. Debido a la robustez de los enlaces M-N(pirazolato) no ha sido posible obtener cristales de tamaño suficiente para resolver la estructura mediante cristalografía de rayos X en monocristal por lo que, ha sido necesario el empleo de métodos de difracción de rayos X en polvo (en colaboración con el grupo del Profesor Masciocchi). Debe destacarse que se trata de una estructura altamente porosa (superficie de BET de 1920 m2 g-1), con un empaquetamiento cúbico centrado en las caras (FCU) lo que da lugar a la formación de n huecos octaédricos y 2n tetraédricos con un diámetro interno aproximado de 1.6 nm y 1.0 nm, respectivamente. Además, este sistema presenta una gran estabilidad en condiciones fisiológicas. De acuerdo con estas características, se ha estudiado la aplicación de este MOF en la adsorción y liberación del metalofármaco de tamaño mediano (d ¿ 0.9 nm) RAPTA-C [Ru(p-cimeno)Cl2(pta)] (pta: 1,3,5-triaza-7-fosfanoadamantano). Los resultados obtenidos muestran que esta matriz porosa es capaz de encapsular 3.97 mmol de RAPTA-C por mmol de MOF como resultado de la incorporación de 2 y 1 moléculas de RAPTA-C, en cada hueco octaédrico y tetraédrico, respectivamente. Debe destacarse que el proceso de adsorción es reversible y que el compuesto RAPTA-C puede liberarse en fluido corporal simulado siguiendo una cinética de primer orden con un t1/2 de liberación de la metalodroga de 25 minutos. Otra estrategia comúnmente utilizada para el tratamiento del cáncer es la administración simultánea de varios fármacos, con el fin de conseguir un efecto terapéutico sinérgico. En ese sentido, en el apartado 2.2, se ha estudiado la aplicación del MOF CPO-27-Ni, [Ni2(dhBDC)(H2O)2] (H4dhBDC: ácido 2,5-dihidroxitereftálico), con centros metálicos con posiciones de coordinación insaturadas, para el desarrollo de terapias combinadas avanzadas. Para ello, se ensayó este MOF en la adsorción y liberación simultánea, en condiciones biológicas simuladas, de varios agentes terapéuticos anticancerígenos no convencionales: NO y RAPTA-C. Los resultados demuestran que la matriz porosa activada es capaz de adsorber simultáneamente 0.23 mmol de RAPTA-C por mmol de MOF y 2.51 mmol de NO por mmol de MOF. Hay que destacar que tanto el proceso de incorporación como de liberación de ambas especies es independiente, debido a la diferente interacción que tiene lugar entre el MOF y las moléculas adsorbidas: las moléculas de NO se encuentran quimisorbidas en los centros metálicos con posiciones de coordinación insaturadas, mientras que las moléculas de RAPTA-C se encuentran fisisorbidas dentro de los poros. Durante el proceso de desorción, en contacto con una disolución acuosa, las moléculas de NO se liberan instantáneamente mientras que el tiempo de vida media de liberación del RAPTA-C es de, aproximadamente, 15 min. Los resultados obtenidos demuestran que este sistema puede considerarse como una prueba de concepto adecuada para demostrar la utilidad de los MOFs como agentes liberadores de varias moléculas bioactivas con actividad sinérgica. Las estrategias empleadas en el apartado 2.1 y 2.2 presentan algunas limitaciones como son la presencia de metales potencialmente tóxicos (Ni(II)) en las estructuras de los MOFs, así como una cinética de liberación de RAPTA-C demasiado rápida. Esta situación pone de manifiesto la necesidad de seguir desarrollando nuevos MOFs para esta aplicación que contengan iones metálicos biocompatibles en sus estructuras (ej. Ca(II), Fe(II), Al(III) o Zn(II)), y que den lugar a interacciones más específicas con las moléculas bioactivas para conseguir una verdadera liberación controlada de las mismas. Con el fin de desarrollar sistemas de liberación de drogas basados en MOFs biocompatibles, en el apartado 2.3, se ha estudiado la aplicación de la matriz porosa [Fe3F(H2O)2O(C6H3(CO2)3)]2 · nH2O (n ~ 14.5) MIL-100(Fe) para la liberación controlada de dos metalodrogas antitumorales no convencionales de rutenio(II) de tipo ¿semi-sandwich¿. El MIL-100(Fe) presenta una serie de ventajas inherentes a su composición y estructura que lo hacen un candidato ideal para su aplicación como sistema portador y liberador de moléculas bioactivas: i) posee una elevada superficie de BET (2100 m2 g-1) y unos huecos mesoporosos de 2.5 y 2.9 nm, ii) está constituido por iones metálicos Fe(III) biocompatibles, iii) puede sintetizarse en forma de nanopartículas, iv) tiene una elevada estabilidad coloidal en diferentes medios fisiológicos, y v) se trata de un material inocuo. Teniendo en cuenta estas características, en primer lugar, se llevó a cabo la encapsulación mediante impregnación del metalofármaco RAPTA-C en las cavidades de esta matriz porosa, consiguiéndose una carga de 0.8 mmol de RAPTA-C por mmol de MOF. Hay que destacar que la liberación de RAPTA-C en fluido corporal simulado se produce de forma escalonada (t1/2 = 2 horas), según la localización de las moléculas de RAPTA-C en las diferentes cavidades de la matriz, lo que da lugar a diferentes tipos de interacción entre el adsorbato y la red porosa. Por otro lado, se ha sintetizado y caracterizado el nuevo metalofármaco [(¿6-p-cimeno)2Ru2mitoxantronato]Cl2 (Ru_mito), que combina la capacidad de los sistemas ¿semi-sandwich¿ de Ru(II) para inhibir la actividad de proteasas sobreexpresadas en células cancerígenas (grupo de las catepsinas) con la capacidad intercaladora de la antraquinona mitoxantrona. Por tanto, los ensayos realizados demuestran que este compuesto presenta actividad redox, capacidad de interaccionar con diferentes dianas biológicas (como la biomolécula de ADN, aminoácidos N y S dadores y las catepsinas B y D), y actividad anticancerígena frente a varias líneas celulares, incluso frente a líneas celulares resistentes al cisplatino. Por otro lado, se ha demostrado que es posible llevar a cabo la incorporación de la especie Ru_mito en el MOF MIL-100(Fe) (capacidad máxima de carga de 0.4 mmol de Ru_mito por mmol de MIL-100(Fe)) siguiendo la estrategia sofisticada del ¿barco en la botella¿. Por otra parte, existe un creciente interés por el desarrollo de nanopartículas para la administración de fármacos. En particular, las ventajas del uso de nanopartículas en biomedicina se debe a su pequeño tamaño, gracias al que pueden atravesar zonas de inflamación del endotelio, epitelio, tumores o penetrar en microcapilares. En este contexto, en el apartado 2.4, se presenta la optimización de la síntesis de nanopartículas de la serie isoestructural de MOFs ZnBDP_X. Dichos MOFs están basados en el ensamblaje del ion metálico Zn(II) y los espaciadores orgánicos funcionalizados 1,4-bis(1H-pirazol-4-il)-2-X-benceno (H2BDP_X) en donde X = H, NO2, NH2 y OH. Hay que destacar que la elección de esta serie está motivada por dos factores: i) el Zn es un elemento esencial para la vida, y ii) la formación de enlaces de coordinación robustos Zn-N va a limitar el tamaño de los dominios cristalinos, favoreciendo la formación de nanopartículas de MOFs. En primer lugar, se ha estudiado la evolución del tamaño de partícula de la serie ZnBDP_X utilizando diferentes metodologías (ecuación de Scherrer, microscopía electrónica de barrido y dispersión dinámica de la luz). Los resultados indican la formación de partículas tetragonales con una tamaño medio de 60 nm para los materiales ZnBDP_X (X = H, NO2 y OH) y la formación de partículas más grandes y ligeramente alargadas (120 x 45 nm) para el compuesto ZnBDP_NH2. Posteriormente, se ha propuesto una estrategia de síntesis asistida por microondas del nanoMOF ZnBDP_OH utilizando condiciones más respetuosas con el medio ambiente. Por otro lado, una vez sintetizada la serie, se ha estudiado la estabilidad coloidal del ZnBDP_OH, como caso de estudio, en diferentes condiciones biológicas simuladas. Los resultados muestran que las nanopartículas presentan una buena estabilidad coloidal en condiciones intravenosas (en presencia de distintas concentraciones de albúmina), probablemente, debido a la formación de una corona proteica entorno a ellas que evita su agregación. Sin embargo, las nanopartículas de ZnBDP_OH tienen tendencia a agregarse en condiciones orales (en presencia de pancreatina o mucina). Debe destacarse que concentraciones de mucina del orden del 0.5% p/v conducen a la formación inmediata de agregados con tamaños del orden de las micras, lo que sugiere cierto grado de bioadhesión de las nanopartículas que podría promover su inserción en la mucosa intestinal tras la administración oral. Por otra parte, los ensayos de citotoxicidad de los ligandos H2BDP_X frente a la línea celular de macrófagos murinos (J774), demuestra la toxicidad de los mismos (viabilidad celular <24% a concentraciones 20 µM). A pesar de este resultado, se ha estudiado la adsorción/desorción de los fármacos antitumorales mitoxantrona y RAPTA-C en la serie ZnBDP_X como prueba de concepto de la influencia de la funcionalización de la matriz porosa en el proceso de incorporación/liberación de las moléculas bioactivas. La impregnación de la serie ZnBDP_X con disoluciones de RAPTA-C y mitoxantrona conlleva la rápida incorporación de los fármacos. Los resultados muestran unos valores de carga de RAPTA-C de 0.55 mmol mmol-1 en ZnBDP, 0.22 mmol mmol-1 en ZnBDP_NO2, 0.11 mmol mmol-1 en ZnBDP_NH2 y 0.15 mmol mmol-1 en ZnBDP_OH. En el caso de la mitoxantrona se alcanzan unos valores de 0.50 mmol mmol-1 en ZnBDP y de 0.20 mmol mmol-1 en ZnBDP_NH2. Estos resultados indican que la capacidad de adsorción de RAPTA-C y mitoxantrona en la serie ZnBDP_X sigue la misma tendencia que la superficie de BET de las matrices activadas. Además, es posible llevar a cabo la encapsulación del fármaco mitoxantrona mediante molturación. Por otra parte, debe destacarse que los patrones de difracción de los MOFs cargados varían sustancialmente en comparación con los patrones de los MOFs originales. Este resultado confirma el comportamiento flexible de la red. Finalmente, se ha demostrado que la liberación de RAPTA-C en fluido corporal simulado se produce en dos etapas (menos evidente en el caso del ZnBDP). Además, dichos estudios ponen de manifiesto el efecto de la funcionalización de los ligandos tanto en la cinética como en el porcentaje de metalofármaco liberado. Las matrices ZnBDP_NH2 y ZnBDP_OH muestran claramente una interacción más débil con el RAPTA-C que las especies ZnBDP y ZnBDP_NO2. Este hecho se demuestra claramente debido a que las primeras tienen cinéticas de desorción del mismo más rápidas y mayores porcentajes de metalofármaco liberado que las segundas. Este resultado prueba que la adecuada funcionalización de las cavidades de la matriz porosa puede conducir a interacciones específicas con las drogas huésped que permitan controlar la liberación de las mismas. En resumen, durante la realización de esta Tesis Doctoral se ha demostrado, como prueba de concepto, que las redes metalorgánicas son una opción adecuada para el transporte y liberación de metalofármacos no convencionales. En este contexto, se han sintetizado diferentes MOFs con tamaño de partícula, funcionalización y porosidad adecuados para aplicaciones biológicas, así como un nuevo metalofármaco de rutenio con actividad anticancerígena. Mediante el uso de diferentes estrategias, ha sido posible llevar a cabo la encapsulación de una o varias drogas no convencionales con actividad antitumoral sinérgica (compuesto de Ru(II) de tipo ¿semi-sandwich¿ y la biomolécula señal NO) en los MOFs seleccionados y, posteriormente, estudiar la liberación de las mismas en distintas condiciones biológicas simuladas (condiciones intravenosas y orales). La gran variabilidad sintética que ofrecen los MOFs ha permitido demostrar que una funcionalización adecuada de las cavidades de la matriz porosa permite establecer interacciones específicas anfitrión-huésped y, por tanto, modular la cantidad y velocidad de liberación de un fármaco. Todos estos resultados, son una prueba de concepto del uso de las redes metalorgánicas para el desarrollo de nuevos tratamientos anticancerígenos más efectivos y, por tanto, con menos efectos secundarios para los pacientes. SUMMARY In general, although a wide variety of chemotherapeutic agents are used, in many cases the effectiveness of the treatment is limited by their rapid biodegradation and elimination from the body. Additionally, many interesting therapeutic molecules suffer from important drawbacks, such as low solubility in aqueous media, because of their high molecular weight and/or the presence of hydrophobic groups in their structures. For this reason, they can be recognized and eliminated by the body¿s immune system. Therefore, the administration of therapeutics agents in patients requires the development of new methods to achieve their transport and release in physiological media, specifically, for a long timeframe and at a controlled rate. The design of new bioactive molecules and intelligent treatments has resulted in the development of new non-toxic delivery carriers, known as controlled drug-delivery systems (DDS).1 In this regard, a new class of porous inorganic materials known as Porous Coordination Polymers (PCPs) or Metal Organic Frameworks (MOFs) have been recently proposed for this application. MOFs are based on metal ions interconnected through organic linkers, giving rise to an ordered structure of channels and cavities accessible to guest molecules. These compounds have several features that make them good candidates as drug delivery systems, such as: i) large pore volumes with high adsorption capacities; ii) functionalizable cavities, where host-guest interactions may take place, allowing the reversibility of the adsorption process;2 iii) the possibility of using healthy friendly metals and bioactive compounds as linkers on their frameworks; iv) good stability profile for biological applications, so as they remain stable enough to carry out their function and, then, they are removed from the body, preventing endogenous accumulation and their potential toxic effects. As a result of the above-mentioned characteristics, currently, porous coordination polymers can be considered as good candidates for the development of more effective therapies with fewer side effects.3 This PhD Thesis is focused on the potential biomedical applications of MOFs. In particular, we have studied the use of these porous matrices as delivery systems for non-conventional metallodrugs. Specifically, we have studied the following aspects: i) the synthesis and characterization of suitable MOFs for the encapsulation of drugs, ii) the stability of these systems in physiological conditions, iii) the adsorption/desorption of one or more bioactive molecules with potential synergic antitumor activity in different simulated physiological media and, iv) the synthesis of new half-sandwich Ru(II) compounds with anticancer activity. It should be noted that a great effort has been made on the construction of MOFs based on nitrogen ligands containing pyrazole rings, in order to get M-N(pyrazole) coordination bonds, which are more robust than the M-O(carboxylate) ones. This feature is expected to prevent the rapid biodegradation of the porous matrix in the physiological media and, consequently, the massive drug delivery. Taking into account the above considerations, in section 2.1, we have described the synthesis and characterization of a robust MOF with an adequate porosity for the incorporation of non-conventional Ru(II) based antitumor metallodrugs. In this section, we have designed a bispyrazolate symmetric linker 4,4¿-(buta-1,3-diyne-1,4-diyl)bispyrazolate that in combination with highly directional octanuclear Ni(II) clusters results on the porous matrix [Ni8(OH)4(H2O)2(4,4¿-(buta-1,3-diyne-1,4-diyl)bispyrazolato)6].4 Because of the higher robustness of the M-N(pyrazole) bonds, it was not possible to obtain single crystals large enough to be studied by single crystal X-ray diffraction. Consequently, X-ray power diffraction analysis was used (in collaboration with Professor Masciocchi¿ group) to determine the crystal structure of the Ni MOF. It should be highlighted that this is a highly porous structure (with a BET surface area of 1920 m2 g-1), based on the cubic close packing (CCP) that leads to the formation of n octahedral and 2n tetrahedral voids of about 1.6 nm y 1.0 nm inner size, respectively. Moreover, this system has a high stability in physiological conditions. According to these characteristics, we have studied the application of this MOF on the adsorption and posterior release of the middle-size metallodrug (d ¿ 0.9 nm) RAPTA-C [Ru(p-cymene)Cl2(pta)] (pta: 1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane). The results show a maximum loading value of 3.97 mmol of RAPTA-C per mmol of MOF as a result of the incorporation of 2 and 1 RAPTA-C molecules in the octahedral and tetrahedral voids, respectively. Noteworthy, this adsorption process is reversible and RAPTA-C can be delivered in simulated body fluid following a first order kinetic, with a t1/2 of release of 25 minutes. Another common strategy in cancer treatment is using a combination of various drugs, in order to achieve a synergic therapeutic effect. In this sense, in section 2.2, we have studied the application of MOF CPO-27-Ni, [Ni2(dhBDC)(H2O)2] (H4dhBDC: 2,5-dihydroxyterephthalic acid),5 with coordinatively unsaturated metal sites, in the development of advanced combined therapies. With this purpose, we have studied in detail the simultaneous adsorption and delivery, in simulated biological conditions, of various non-conventional anticancer therapeutic agents: NO and RAPTA-C. The results show that the activated porous matrix can adsorb 0.23 mmol of RAPTA-C per mmol of MOF and 2.51 mmol of NO per mmol of MOF, simultaneously.6 Noteworthy, the incorporation and delivery processes for both species are independent as a consequence of the different mechanisms of interaction taking place between the framework walls and the adsorbates: NO directly interacts with the Ni open metal sites (chemisorption) while RAPTA-C is only physisorbed into the pores. When the matrix is suspended in an aqueous solution, NO delivery is nearly instantaneous, while RAPTA-C delivery half time of life is ca. 15 min. These results show that the investigated system may be considered as a proof of concept of the feasibility of the concurrent adsorption of bioactive molecules into MOFs. It should be noted that the exploitation of the synergic effect of multiple drugs may lead to advanced combined therapies. The strategies employed in section 2.1 and 2.2 have certain limitations, such as the presence of toxic metal ions (Ni(II)) in the structure of the MOFs and too fast RAPTA-C kinetics of delivery. This situation prompt the need for the synthesis of new MOFs for drug delivery based on healthy friendly metal ions (i.e. Ca(II), Fe(II), Al(III) or Zn(II)), and with structures able to give more specific interactions with the guest bioactive molecules. The later feature may achieve an appropriated controlled drug delivery during a prolonged period of time. In order to develop drug delivery systems based on biocompatible MOFs, in section 2.3, we have studied the application of the porous matrix [Fe3F(H2O)2O(C6H3(CO2)3)]2 · nH2O (n ~ 14.5) MIL-100(Fe) in the controlled delivery of two half-sandwich organometallic Ru(II) based non-conventional antitumor drugs.7 MIL-100(Fe) offers a series of advantages related to its composition and structure, that make it an ideal candidate for a valuable solution in the field of drug-delivery nanocarriers: i) MIL-100(Fe) is highly porous (BET surface area of 2100 m2 g-1) and shows mesoporous voids of 2.5 and 2.9 nm,8 ii) this MOF is built up from Fe(III) biocompatible metal ions, iii) it can be prepared as homogeneous and stable nanoparticles, iv) nanoparticles of MIL-100(Fe) exhibit an optimal colloidal stability in different physiological media,9 and v) it is a non-toxic and biodegradable material.10 According to these characteristics, in the first study, we carried out the entrapment of RAPTA-C in the cavities of MIL-100(Fe) using an impregnation method. As a result 0.8 mmol of RAPTA-C per mmol of MOF were incorporated. It should be noted that two stages can be distinguished in the delivery of RAPTA-C in simulated body fluid (t1/2 = 2 hours). This behaviour may be related to the different drug location within the two types of cages and, as a consequence, to the different interactions between the guest molecules and the porous matrix. On the other hand, we have synthetized and characterized the new metallodrug [(¿6-p-cymene)2Ru2mitoxantronato]Cl2 (Ru_mito), which combines the protease activity inhibition features of half-sandwich Ru(II) systems together with the DNA intercalation features of the anthraquinone mitoxantrone. Therefore, Ru_mito exhibits redox activity, ability to interact with different biological targets (DNA, N and S donors amino acids and cathepsin B and D) as well as important in vitro antitumor activity towards wild type and cisplatin resistant tumour cell lines. On the other hand, it has been proven that the incorporation of Ru_mito in MIL-100(Fe) is possible (with a maximum loading of 0.4 mmol of Ru_mito per mmol of MIL-100(Fe)) following a ship-in-a-bottle strategy.11 Moreover, there is a special interest on the development of nanoparticles for drug delivery purposes. For this application, nanoparticles offer many advantages related to their small size, which allow them passing through inflamed endothelium and epithelium tissues, tumours or penetrating into micro-capillaries.12 In this context, in section 2.4, we describe the optimization of the synthesis of nanoparticles of the isoreticular series ZnBDP_X, based on the assembly of Zn(II) metal ions and the functionalized organic spacers 1,4-bis(1H-pyrazol-4-yl)-2-X-benzene (H2BDP_X), where X = H, NO2, NH2 and OH. It should be noted that the rational selection of this isoreticular series is based on: i) Zn is an essential trace element for all form of life, and ii) the formation of highly robust coordination Zn-N bonds will limit crystalline domains sizes, enabling the formation of nanocrystalline MOFs.13 Then, we have studied size particle evolution of ZnBDP_X nanoparticles using different methods (Scherrer¿s equation, scanning electron microscopy and dynamic light scattering). The results show the formation of tetragonal particles with a mean size of 60 nm for ZnBDP_X (X = H, NO2 and OH) and more elongated particles of slightly larger size (120 x 45 nm) for ZnBDP_NH2 material. Alternatively, an environmentally friendly microwave-assisted solvotermal route was attempted for the synthesis of ZnBDP_OH nanoparticles. In addition, we have investigated the colloidal stability of ZnBDP_OH, as a case of study, in different simulated biological conditions. Our results show that ZnBDP_OH nanoparticles exhibited quite good colloidal stability in intravenous conditions (at different albumin concentrations), probably, due to the formation of a protein corona on MOF nanoparticles¿ surface that prevents the aggregation of the particles. However, an important aggregation of ZnBDP_OH nanoparticles is observed in oral conditions (when pancreatin or mucin are added to the medium). It should be highlighted that the use of 0.5% w/v of mucin solutions led to a rapid increase of particle size, giving rise to aggregates bigger that 1 micron, suggesting a certain degree of bioadhesion of the nanoparticles that could promote their grafting to the intestinal mucosa after oral administration. Furthermore, the study of the cytotoxic activity of H2BDP_X ligands towards murine macrophages cell line (J774) showed a low cell viability (<24% using concentrations of 20 µM) suggesting the high cytotoxicity of these linkers. Despite the ligands toxicity, we studied the incorporation/desorption of the antitumor drugs mitoxantrone and RAPTA-C in the ZnBDP_X series as a proof of concept of the effect of the framework functionalization on the incorporation/delivery of these bioactive molecules. The impregnation of ZnBDP_X with RAPTA-C and mitoxantrone solutions leads to the rapid incorporation of the drugs, with RAPTA-C maximum loading values of 0.55 mmol mmol-1 in ZnBDP, 0.22 mmol mmol-1 in ZnBDP_NO2, 0.11 mmol mmol-1 in ZnBDP_NH2 and 0.15 mmol mmol-1 in ZnBDP_OH. In the case of mitoxantrone, the results show maximum loading values of 0.50 mmol mmol-1 in ZnBDP and 0.20 mmol mmol-1 in ZnBDP_NH2. These results suggest that the loading capacity of RAPTA-C and mitoxantrone in this series follows the BET surface area trend of the activated matrices. Moreover, it should be noted that the encapsulation of mitoxantrone can be achieved by simple grinding of the solid. On the other hand, it has been shown that the XRP diffraction patterns of the drug-loaded solids considerably differ from the original MOFs patterns. This fact points out the flexible nature of the framework. Finally, it has been proven that RAPTA-C delivery in simulated body fluid takes place in two steps (less clear in the case of ZnBDP). Additionally, these studies are indicative of the effect of the ligands functionalization, both on the kinetics delivery and on the total released amount of drug at the equilibrium. ZnBDP_NH2 and ZnBDP_OH matrices clearly show a weaker interaction with RAPTA-C than ZnBDP y ZnBDP_NO2 compounds. This fact is proven by the kinetics of delivery, where the former matrices show a faster rate of delivery and higher percentage of released RAPTA-C than the later ones. These results are a proof of the effect of the functionalization of the MOF cavities on the host-guest interactions that may lead to the control of the kinetics of delivery. Summarizing, in this PhD Thesis, it has been demonstrated, as a proof of concept, that metal organic frameworks are good candidates for the transport and delivery of non-conventional metallodrugs. In this context, different MOFs with appropriated particle size, functionalization and porosity have been synthesized for biological applications. In addition, a novel ruthenium based non conventional metallodrug with anticancer activity has been isolated. On the other hand, different strategies have been employed to incorporate one or more non-conventional drugs with potential synergic antitumor activity (half-sandwich Ru(II) compound and the signalling molecule NO) into the selected MOFs. Moreover, the drug delivery in different simulated physiological conditions (intravenous and oral conditions) has been investigated. The wide variety of synthetic combinations to give MOFs has allowed us to demonstrate that a proper functionalization of the matrix cavities may lead to specific host-guest interactions, and therefore, to the modulation of the quantity and timeframe of drug delivery. These results may be considered as a proof of concept of the suitability of metal organic frameworks for the development of more effective anticancer treatments with fewer side effects for the patients. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Vallet-Regí M., Balas F., Arcos D., Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 7548-7558. McKinlay A. C., Morris R. E., Horcajada P., Ferey G., Gref R., Couvreur P., Serre C., Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 6260-6266. Horcajada P., Serre C., Vallet-Regí M., Sebban M., Taulelle F., Férey G., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 5974-5978. Quartapelle Procopio E., Rojas S., Padial N. M., Gali S., Masciocchi N., Linares F., Miguel D., Oltra J. E., Navarro J. A. R., Barea E., Chem. 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