Nanotransportadores con aplicaciones en Ingeniería de Biosistemas

Abstract

Disease control in agriculture is a growing challenge, due to the appearance of resistances and the prohibition of phytosanitary products, with important repercussions for both farmers and the environment. This PhD Thesis focuses on the search for alternatives for the integrated control of phytopath ogens based on nanotechnology, as a means for the optimization of other integrated management methods. Since natural extracts generally present problems of lability, solubility, and/or lack of specificity, the use of nanocarriers for their delivery and con trolled release is proposed. The improved efficacy of these bioactive products of natural origin with antimicrobial properties when encapsulated in the developed nanocarriers, based on chitosan oligomers and methacrylic anhydride as a crosslinking agent (in conjunction with lignin, graphene carbon nitride, and/or hydroxyapatite), has been evaluated in vitro, ex-situ, and in the field. The selected approach has proven to be suitable for the control of grapevine wood diseases, both for the reduction of vascular necrosis via endotherapy and for the protection of pruning wounds via direct application, and of post-harvest diseases in fruit via surface coating. Encapsulation of therapeutic agents has led to lower inhibitory concentrations than those of unencapsulated extracts in all cases, comparable to those of synthetic fungicides. Additionally, the incorporation of carbon nitride into the nanocarriers allows their multifunctionality, extending their scope of application to environmental remediation.

El control de enfermedades en agricultura es un reto que cada vez mayor, por la aparición de resistencias y la prohibición de productos fitosanitarios, con importantes repercusiones tanto para los agricultores como para el medio ambiente. Esta Tesis Doctoral se centra en la búsqueda de alternativas para el control integrado de fitopatógenos basadas en la nanotecnología, como medio para la optimización de otros métodos de gestión integrada. Dado que los extractos naturales generalmente presentan problemas de labilidad, solubilidad y/o falta de especificidad, se propone el uso de nanotransportadores para su vehiculización y liberación controlada. La mejora de eficacia de estos productos bioactivos de origen natural con propiedades antimicrobianas al ser encapsulados en los nanotransportadores desarrollados, basados en oligómeros de quitosano y anhídrido metacrílico como agente de entrecruzamiento (en conjunción con lignina, nitruro de carbono grafénico y/o hidroxiapatito), ha sido evaluada in vitro, ex situ, y en campo. El enfoque seleccionado ha demostrado ser adecuado para el control de enfermedades de la madera de la vid, tanto para la reducción de necrosis vasculares vía endoterapia como para la protección en heridas de poda vía aplicación directa, y de enfermedades postcosecha en frutas mediante recubrimiento superficial. La encapsulación de los agentes terapéuticos ha conducido a concentraciones mínimas inhibitorias inferiores a las de los extractos sin encapsular en todos los casos, comparables a las de fungicidas de síntesis. Adicionalmente, la incorporación del nitruro de carbono a los nanotransportadores permite su multifuncionalidad, ampliando su ámbito de aplicación a la remediación ambiental.