[en] The multidisciplinary field of biomaterials science incessantly innovates towards personalized and bio-interactive platforms to comply with the complex demands of modern medicine. To do so, biomaterial scientists turn to nature for inspiration as well as to profit from biofabricated structures. The recent launch of nanocellulose patches synthesized by bacterial cultures as wound dressings is illustrative of this renewed interest in naturally occurring polymers intended for medical use. Despite this breakthrough, the potential of bacterial nanocellulose in healthcare remains underexploited as this biological –but animal-free– polymer exhibits a unique combination of properties and almost unlimited design possibilities. In this dissertation, novel medical uses of bacterial nanocellulose are investigated. Moreover, I provide insight into the interactions between this emerging biomaterial and a series of biological systems. The starting point of the research has been a literature review and a series of interviews with healthcare professionals, which enabled us the identification of niche opportunities for bacterial nanocellulose. Some of the most appealing research directions have been addressed experimentally, constituting the main body of the work. First, the usage of bacterial nanocellulose films as vehicles for cell transplantation has been thoroughly addressed. Model cells served to prove the suitability of the supports to seed, expand, and manipulate cell cultures and to directly cryopreserve adherent cells. Then, the utility of bacterial nanocellulose membranes as cell carriers is extended to therapeutic cells specifically addressed to regenerate the ocular surface, i.e. limbal stem cells. In this case, the surface of the bacterial nanocellulose was coated with extracellular matrix proteins through a plasma-enabled method to enhance cell attachment. A second innovative use of bacterial nanocellulose in ophthalmology is established by proving the potential of this biopolymer as a corneal bandage to assist the healing of ocular surface lesions. This proof-of-concept has been performed in close cooperation with ophthalmologists and the properties of the proposed bandages are compared to the current gold standard for ocular surface healing (amniotic membrane). Lastly, bacterial nanocellulose patches are assessed as anti-adhesion barriers in the surgical management of hernias, seeking to mitigate the long-lasting challenge of adhesion-related post-operative complications. This study was performed in collaboration with a medical device manufacturer and evidenced enticing mechanical and anti-adhesion properties of bacterial nanocellulose in vivo. Altogether, the presented data reaffirms the potential of bacterial nanocellulose as a multi-purpose biomaterial and sets the basis to extend the applicability landscape of this emergent bio-based material in multiple directions. The doctoral thesis is presented as a compilation of peer-reviewed articles that the author has led.

[es] Durante las últimas décadas, los biomateriales han desempeñado un papel decisivo en el campo de la salud, especialmente en la medicina regenerativa. La investigación en biomateriales abarca conocimientos de diferentes disciplinas y está en constante evolución con el fin de responder a las necesidades de la medicina moderna a través de soluciones personalizadas y bio-interactivas. En este contexto, los materiales de origen biológico pueden actuar tanto como fuentes de inspiración como de punto de partida para el desarrollo de biomateriales innovadores. Un buen ejemplo de esta tendencia se observa en la reciente entrada en el mercado de apósitos para el tratamiento de heridas obtenidos a partir de nanocelulosa de origen bacteriano. A pesar de este gran avance, la nanocelulosa bacteriana todavía tiene mucho potencial sin explotar en el campo de la salud, ya que este polímero natural (pero de origen no animal) tiene propiedades muy atractivas e infinitas posibilidades de customización. En esta tesis doctoral, se investigan nuevas utilidades de la nanocelulosa bacteriana en el campo de la salud. Al mismo tiempo, se profundiza en el estudio de las interacciones entre este biomaterial emergente y diversos sistemas biológicos. Primeramente, se identifican varias oportunidades de aplicación a través de una exhaustiva búsqueda bibliográfica y una ronda de entrevistas con profesionales del sistema sanitario. Entre todas las utilidades sugeridas, aquellas que resultan más atractivas son investigadas experimentalmente a lo largo de la tesis. El primer uso que surgiere es la explotación de la nanocelulosa bacteriana como soporte para el cultivo y manipulación de células humanas. Por lo tanto, el manuscrito incorpora un estudio profundo sobre soportes de nanocelulosa bacteriana, tanto en su forma nativa como modificados con nanopartículas, como plataformas para el cultivo y crio-preservación de cultivos de células humanas. Posteriormente, los soportes de nanocelulosa se funcionalizan con proteínas de la matriz extracelular para facilitar el cultivo, mantenimiento y trasplante de células madre corneales, un tipo de celular con elevado potencial terapéutico en regeneración de superficie ocular. En segundo lugar, se explora la aplicación de hidrogeles de nanocelulosa microbiana como apósitos para el tratamiento de heridas corneales tanto desde una perspectiva clínica como comercial. Cabe señalar que esta investigación se desarrolla en colaboración con oftalmólogos de renombre. Por último, las membranas de nanocelulosa bacteriana se evalúan para aplicaciones de refuerzo de tejidos internos en el contexto del tratamiento de la hernia abdominal. Este estudio utiliza un modelo animal donde se muestran resultados favorables con respecto a la reducción de una de las complicaciones más comunes en el manejo de las hernias; as adhesiones formadas entre los implantes y las vísceras del paciente. En resumen, los resultados descritos reafirman el gran potencial de la nanocelulosa bacteriana en el campo de la salud y proponen nuevas vías de investigación para ampliar los usos de este biopolímero en múltiples especialidades. La tesis se presenta como un compendio de artículos académicos en los que la autora ha desempeñado un papel fundamental. Cada publicación está acompañada de una breve introducción y un comentario crítico y, ocasionalmente, datos experimentales no publicados.