Síntesis y caracterización de materiales compuestos de poli (3-hidroxibutirato-co-3hidroxivalerato) y nanomateriales de carbono aplicaciones biomédicas a nivel intestinal

Abstract

El poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) es un biopolímero de origen bacteriano con excelentes propiedades de biodegradación, biocompatibilidad, origen renovable y gran potencial biotecnológico. Sin embargo, su amplio rango de aplicabilidad, concretamente en el campo biomédico, está limitado por muchos factores como son sus pobres propiedades mecánicas y su nula capacidad antimicrobiana, entre otros. Por tanto, en esta tesis doctoral se sintetizaron nuevas películas de PHBV reforzadas con óxido de grafeno (GO) o nanofibras de carbono (CNFs) mediante la técnica de evaporación del solvente, con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de compresión, estabilidad térmica, humectabilidad, adhesión celular, actividad antibacteriana y obtener así materiales compuestos biodegradables, renovables y ecológicos con potencial aplicación biomédica a nivel intestinal. Este estudio reveló que la incorporación de cantidades bajas (1% p/p) de GO o CNFs en la matriz de PHBV es una estrategia no citotóxica que produjo un aumento en el módulo de compresión de alrededor del 25%, aumentos en la temperatura de transición vítrea, calor de fusión, disminución de la capacidad calorífica específica y un aumento significativo del carácter hidrofílico con respecto al PHBV puro. También, se observaron mejoras en las propiedades biológicas de estas películas. La incorporación de GO logró una mejora significativamente mayor que la lograda con las CNFs en términos de adhesión celular, proliferación celular y actividad antibacteriana sin que la degradabilidad se afectara significativamente. Además, se demostró que la adición de CNFs aumenta significativamente la degradabilidad del PHBV después de 3 meses en medios intestinales simulados. Esta investigación proporciona pruebas sólidas de que las películas compuestas de PHBV con GO o CNFs son excelentes candidatas para su uso en aplicaciones biomédicas a nivel intestinal como la ingeniería de tejidos y en la liberación controlada de moduladores de la microbiota intestinal: probióticos, prebióticos y simbióticos.

Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) is a biopolymer of bacterial origin with excellent properties of biodegradation, biocompatibility, renewable origin and great biotechnological potential. However, its wide range of applicability, specifically in the biomedical field, is limited by many factors such as its poor mechanical properties and its null antimicrobial capacity, among others. Therefore, in this doctoral thesis, new PHBV films reinforced with graphene oxide (GO) or carbon nanofibers (CNFs) were synthesized using the solvent evaporation technique with the aim of improving the mechanical properties of compression, thermal stability, wettability, cell adhesion, antibacterial activity and thereby to obtain biodegradable, renewable and ecological composite materials with potential biomedical applications at the intestinal level. This study revealed that the incorporation of low amounts (1% w/w) of GO or CNFs into the PHBV matrix is a non-cytotoxic strategy that produces an increase of around 25% in the compression modulus, increases in the glass transition and heat of fusion temperature, a decrease in specific heat capacity and a significant increase in hydrophilicity in comparison with pure PHBV. Improvements in the biological properties of these films were also observe. GO incorporation achieved a significantly greater improvement than that achieved with CNFs in terms of cell adhesion, cell proliferation and antibacterial activity without significantly affecting degradability. Furthermore, the addition of CNFs was shown to significantly increase PHBV degradability after 3 months in simulated intestinal media. This research provides strong evidence that PHBV-composite films with GO or CNFs are excellent candidates for use in gut-level biomedical applications such as tissue engineering and in the controlled release of gut microbiota modulators: probiotics, prebiotics, and synbiotics.