Autor: LEKOUAGHET, Amira

Título: Development of Silk Fibroin-based Scaffolds for Endogenous Mobilization of Stem Cells after Brain Injury

Fecha: 2026

Materia: ---

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

Departamento: CIENCIA DE LOS MATERIALES

Acceso electrónico: https://oa.upm.es/94781/

Director/a(s):

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

Resumen: Regenerative strategies based on transplanted stem cells face important limitations linked to ex vivo manipulation, immune rejection, tumorigenic risk, high manufacturing costs, and modest long-term engraftment, which supports alternative approaches that mobilize and guide cells using locally delivered bioactive cues. In this context, silk fibroin is an attractive biomaterial due to its biocompatibility, aqueous processing, mechanical tunability, and capacity for controlled protein release. This thesis developed thin, conformable silk fibroin (SF) films cast from aqueous solution and stabilized by water-vapor annealing into mechanically robust, dimensionally stable matrices under physiological conditions. A dedicated sterilization protocol was established and validated to ensure microbiological safety while preserving physicochemical integrity, and the resulting material exhibited suitable flexibility and handling characteristics for precise epicortical placement in preclinical neurosurgical procedures. On this basis, the films were employed as epicortical depots for the sustained delivery of chemotactic molecules, primarily SDF-1 alpha and acetylcholine, to assess their capacity to recruit stem cells in vitro and in vivo and to promote repair in a mouse photothrombotic (PT) stroke model. Our findings demonstrate that these SF films preserved SDF-1 alpha bioactivity and supported sustained chemokine delivery, driving directional migration and enhanced retention of hematopoietic and mesenchymal stem cell populations in vitro and in vivo compared with rapidly inactivated unprotected chemokine. In the photothrombotic model, epicortical implantation of SDF-1 alpha-loaded films was feasible and well tolerated, and was associated with reduced infarct volume, improvements in somatosensory function, and trends toward improved vascular responses in peri-lesional cortex, consistent with chemokine-guided reparative signaling, although definitive effects on neovascularization and endogenous stem cell recruitment will require more sensitive tracking approaches. Overall, this work validates epicortical SF films as a versatile system for localized and sustained chemokine delivery to the brain, offers a less invasive alternative to intracerebral devices, and outlines a broadly applicable strategy to stabilize fragile macromolecules and harness endogenous regenerative mechanisms in cerebral ischemia and other focal pathologies. RESUMEN Las estrategias regenerativas basadas en el trasplante de células madre presentan limitaciones relevantes relacionadas con la manipulación ex vivo, el rechazo inmunitario, el riesgo tumorigénico, los elevados costes de producción y una integración funcional a largo plazo frecuentemente modesta, lo que impulsa el desarrollo de alternativas dirigidas a movilizar y guiar células endógenas mediante la liberación local de señales bioactivas. En este contexto, la fibroína de seda se considera un biomaterial especialmente prometedor por su biocompatibilidad, su procesado en agua, su capacidad de ajuste mecánico y su potencial para la liberación controlada de proteínas. En esta tesis se desarrollaron películas delgadas y conformables de fibroína de seda, obtenidas a partir de disoluciones acuosas y estabilizadas mediante tratamiento de recocido en vapor de agua, generando matrices mecánicamente robustas y dimensionalmente estables en condiciones fisiológicas. Se estableció y validó un protocolo específico de esterilización que garantizó la seguridad microbiológica sin alterar las propiedades fisicoquímicas, y el material resultante mostró una flexibilidad y manejabilidad adecuadas para su colocación epicortical precisa en procedimientos neuroquirúrgicos preclínicos. Sobre esta base, las películas se emplearon como reservorios para la liberación sostenida de moléculas quimiotácticas, principalmente SDF-1 alpha y acetilcolina, con el objetivo de evaluar su capacidad para reclutar células madre in vitro e in vivo y favorecer la reparación en un modelo murino de ictus fototrombótico. Los resultados demuestran que estas películas de fibroína de seda conservaron la bioactividad de SDF-1 alpha y permitieron una liberación mantenida de la quimiocina, induciendo migración direccional y una mayor retención de poblaciones hematopoyéticas y mesenquimales in vitro e in vivo en comparación con la quimiocina no protegida, rápidamente inactivada. En el modelo fototrombótico, la implantación epicortical de películas cargadas con SDF-1 alpha fue factible, bien tolerada y se asoció con una reducción del volumen de infarto, mejoras en la función somatosensorial y tendencias hacia una respuesta vascular más favorable en la corteza perilesional, en consonancia con una señalización reparadora guiada por quimiocinas, si bien la confirmación de sus efectos sobre la neovascularización y el reclutamiento de células madre endógenas requerirá herramientas de trazado más sensibles. En conjunto, este trabajo valida las películas epicorticales de fibroína de seda como una plataforma versátil para la administración localizada y sostenida de quimiocinas en el cerebro, ofrece una alternativa menos invasiva frente a dispositivos intracerebrales y plantea una estrategia ampliamente aplicable para estabilizar macromoléculas frágiles y aprovechar los mecanismos regenerativos endógenos en la isquemia cerebral y otras patologías focales.