Thesis:

Desarrollo de un scaffold de celulosa bacteriana de nanofibras alineadas para el cultivo de células musculares

Los scaffolds basados en celulosa bacteriana (CB) representan una alternativa altamente prometedora en ingeniería de tejidos, al ofrecer estructuras biomiméticas capaces de imitar la matriz extracelular y favorecer la adhesión, proliferación y diferenciación de células musculares. La presente tesis tuvo como objetivo desarrollar un scaffold de nanofibras alineadas de CB, obtenido mediante la aplicación sinérgica de un campo eléctrico durante su biosíntesis y un posterior proceso de tracción mecánica, con el fin de optimizar la orientación celular in vitro. Para ello, se diseñó y fabricó una cámara de microcrecimiento con electrodos de grafito, que permitió aplicar de manera controlada un campo eléctrico durante la producción de CB. A través de simulaciones, se establecieron las condiciones óptimas de intensidad y distribución del campo, logrando inducir una orientación dirigida de las nanofibras en la zona central del scaffold. Posteriormente, el material fue sometido a ciclos de tracción mecánica, lo que potenció la alineación fibrilar, verificada mediante microscopía electrónica de barrido y análisis de coherencia angular. La caracterización química mediante FTIR-ATR confirmó la preservación de la estructura molecular de la celulosa, mientras que las isotermas de adsorción de vapor demostraron que las propiedades higroscópicas del material permanecieron intactas, un factor esencial para la retención de nutrientes en el cultivo celular. La biocompatibilidad fue evaluada mediante ensayos de citotoxicidad (WST-1), comprobándose, además, con la línea celular C2C12, que la superficie alineada de los scaffolds favorece la adhesión y promueve la diferenciación miogénica. Los resultados evidencian que la aplicación combinada de campo eléctrico y tracción mecánica genera scaffolds con una orientación nanofibrilar significativamente superior respecto a los controles, lo que se traduce en un incremento de sus propiedades mecánicas y en la creación de un microambiente más favorable para el desarrollo y maduración de células musculares. En conclusión, el proceso integrado de aplicación de campo eléctrico a la biosíntesis de CB y su posterior tracción mecánica constituye una estrategia eficaz para la fabricación de scaffolds de nanofibras altamente orientados y con gran potencial de aplicación en Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa.

Bacterial cellulose (BC)-based scaffolds represent a highly promising alternative in tissue engineering, offering biomimetic structures capable of mimicking the extracellular matrix and promoting muscle cell adhesion, proliferation, and differentiation. The objective of this thesis was to develop a scaffold of aligned BC nanofibers, obtained through the synergistic application of an electric field during biosynthesis and a subsequent mechanical traction process, to optimize cell orientation in vitro. To this end, a microgrowth chamber with graphite electrodes was designed and manufactured, allowing for the controlled application of an electric field during BC production. Through simulations, optimal field intensity and distribution conditions were established, successfully inducing a directed orientation of the nanofibers in the central region of the scaffold. The material was subsequently subjected to mechanical traction cycles, which enhanced fibrillar alignment, verified by scanning electron microscopy and angular coherence analysis. Chemical characterization using FTIR-ATR confirmed the preservation of the cellulose molecular structure, while vapor adsorption isotherms demonstrated that the material's hygroscopic properties remained intact, an essential factor for nutrient retention in cell culture. Biocompatibility was evaluated using cytotoxicity assays (WST-1), and it was also confirmed, using the C2C12 cell line, that the aligned surface of the scaffolds favors adhesion and promotes myogenic differentiation. The results show that the combined application of an electric field and mechanical traction generates scaffolds with a significantly higher nanofibrillar orientation compared to controls, which translates into an increase in their mechanical properties and the creation of a more favorable microenvironment for the development and maturation of muscle cells. In conclusion, the integrated process of applying an electric field to BC biosynthesis and its subsequent mechanical traction constitutes an effective strategy for the manufacture of highly oriented nanofiber scaffolds with great application potential in tissue engineering and regenerative medicine.