Autor: YONESI, Mahdi

Título: Biomanufacturing silk fibroin hydrogels with controlled molecular weight and crosslinking for biomedical applications

Fecha: 2025

Materia: ---

Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION

Departamento: CIENCIA DE LOS MATERIALES

Acceso electrónico: https://oa.upm.es/89447/

Director/a(s):

• Director/a: GUINEA TORTUERO, Gustavo V.
• Director/a: GONZÁLEZ NIETO, Daniel

Resumen: The tunability of biomaterials is crucial for optimising their performance in medical applications. Silk fibroin, derived from the silkworm Bombyx mori, stands out due to its inherent biocompatibility, mechanical strength, and biodegradability. Among its various formats, silk fibroin hydrogels are particularly significant due to their three-dimensional network structure, high water content, and biomechanical properties analogous to human soft tissues. This study explores the creation of tuneable silk fibroin hydrogels by modulating parameters such as sonication time as a physical crosslinking method, hydrogel concentration, and degumming time without altering the chemical composition of the silk fibroin. By adjusting these factors, we precisely control critical properties, including gelation time, mechanical strength, degradation rates, hydrophobicity, and microstructural attributes. Our findings demonstrate that the synergistic manipulation of these parameters enables the development of hydrogels with tailored properties suited for various biomedical applications. The resulting hydrogels maintain their biocompatibility while offering customisable biodegradation rates (tissue context-dependent), controlled gelation times, and molecular delivery capabilities. These tuneable hydrogels have shown promising results in controlling the shape and spatial distribution of silk fibroin implants in murine models. In conclusion, this study underscores the potential of tuning silk fibroin hydrogels' physical properties to create advanced biomaterials that, firstly, limit the load of toxic elements in the final biomaterial product and, secondly, allow for the modification of its properties according to specific biomedical requirements. Our results have significant implications for the development of drug carriers, potentially enabling them to overcome regulatory frameworks more effectively prior to the use of silk fibroin as an implantable biomaterial in humans. RESUMEN La capacidad de ajuste de los biomateriales es crucial para optimizar su rendimiento en aplicaciones médicas. La fibroína de seda, derivada del gusano de seda Bombyx mori, destaca por su biocompatibilidad inherente, su resistencia mecánica y su biodegradabilidad. Entre sus diversos formatos, los hidrogeles de fibroína de seda son particularmente significativos debido a su estructura de red tridimensional, su alto contenido de agua y sus propiedades biomecánicas análogas a los tejidos blandos humanos. Este estudio explora la creación de hidrogeles de fibroína de seda ajustables mediante la modulación de parámetros como el tiempo de sonicación como método de entrecruzamiento físico, la concentración de hidrogel y el tiempo de desgomado, sin alterar la composición química de la fibroína de seda. Al ajustar estos factores, controlamos con precisión propiedades críticas, como el tiempo de gelificación, la resistencia mecánica, la hidrofobicidad y los atributos microestructurales. Nuestros hallazgos demuestran que la manipulación sinérgica de estos parámetros permite el desarrollo de hidrogeles con propiedades ajustadas para diversas aplicaciones biomédicas. Los hidrogeles resultantes mantienen su biocompatibilidad y ofrecen tasas de biodegradación personalizables (dependientes del contexto tisular), tiempos de gelificación controlados y capacidades de liberación molecular. Estos hidrogeles ajustables han mostrado resultados prometedores en el control de la forma y la distribución espacial de los implantes de fibroína de seda en modelos murinos. En conclusión, este estudio subraya el potencial de ajustar las propiedades físicas de los hidrogeles de fibroína de seda para crear biomateriales avanzados que, en primer lugar, limiten la carga de elementos tóxicos en el producto final del biomaterial y, en segundo lugar, permitan la modificación de sus propiedades de acuerdo con requisitos biomédicos específicos. Nuestros resultados tienen implicaciones significativas para el desarrollo de transportadores de fármacos, lo que podría permitirles superar de manera más efectiva los marcos regulatorios antes del uso de fibroína de seda como biomaterial implantable en humanos.