Un grupo de la UPV/EHU ha optimizado el proceso de biosíntesis de celulosa bacteriana empleando residuos de la producción de sidra como alimento

Crean un material con memoria de forma compuesto por poliuretano y celulosa bacteriana

Redacción Interempresas17/07/2019

En una investigación del grupo Materiales+Tecnologías del Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente, y el Departamento de Biología Celular e Histología, ambos de la UPV/EHU, han desarrollado un material, formado por poliuretano y celulosa, con propiedades de memoria de forma activada por agua, apropiadas para aplicaciones en biomedicina, entre otras. La celulosa, además, la han obtenido mediante biosíntesis bacteriana, empleando residuos de la producción de sidra como fuente de alimentación de los microorganismos.

La revista Carbohydrate Polymers ha publicado recientemente un trabajo de investigación llevado a cabo entre el grupo de investigación Materiales+Tecnologías del Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa y el Departamento de Biología Celular e Histología de la Facultad de Medicina y Odontología, ambos de la UPV/EHU. El resultado de ese trabajo ha sido un material híbrido y biocompatible, con propiedades de memoria de forma, es decir, “con la capacidad de recuperar su forma original bajo la aplicación de un estímulo externo (en este caso, agua) después de haber sido deformado temporalmente”, explica Leire Urbina, miembro del grupo Materiales+Tecnologías y primera autora del trabajo.

Membranas de celulosa sintetizada por bacterias en diferentes formas (Leire Urbina-UPV/EHU).

Esta cualidad convierte el material en muy apropiado para “aplicaciones biomédicas, como la liberación controlada de medicamentos, la ingeniería de tejidos, etc. Se podría introducir en el cuerpo el material deformado, plegado, y así requerir de una cirugía mínimamente invasiva. Después, al entrar en contacto con la humedad del organismo, se activaría y recuperaría su forma original y así podría desempeñar su función”, comenta la investigadora.

El material compuesto consta de dos componentes. El primero es el poliuretano, un polímero termoplástico, “que es el que presenta memoria de forma, y en los últimos años ha tomado una gran relevancia en estudios de este tipo”, detalla. Pero la doctora Urbina destaca la utilización del segundo componente, la celulosa bacteriana: “Utilizamos un porcentaje muy pequeño de celulosa, menor del 2%, pero esa cantidad de celulosa mejoró notablemente las propiedades del material final: la celulosa hace que sea un material más rígido y resistente, y, además, mejora considerablemente la capacidad de volver a su forma original, porque vimos que el poliuretano solo no recupera la forma en su totalidad”.

Los estudios de biocompatibilidad arrojaron también buenos resultados, lo cual dota a este material flexible, transparente y con propiedades mecánicas mejoradas de potencial para ser utilizado en el campo de la biomedicina, aunque la doctora Urbina recuerda que el que han dado ha sido el primer paso, “confirmar que es un material no citotóxico, y que las células se adhieren bien a él. El trabajo se completaría con otros ensayos específicos para la aplicación como los ensayos in vivo, entre otros”.

Celulosa excretada por bacterias alimentadas con residuos de sidra

El proceso de biosíntesis de la celulosa utilizada ocupó una parte importante de la investigación. “Nuestro grupo de investigación lleva años trabajando con celulosa bacteriana, que es un biopolímero producido por bacterias, principalmente del género Acetobacter —describe Urbina—. Durante el proceso de biosíntesis, cada microorganismo excreta nanofibras de celulosa al medio de cultivo, a través de unos poros que tiene en la membrana celular, y éstas se combinan formando una estructura de tipo red en 3D. Esta conformación le confiere a la celulosa bacteriana algunas propiedades que destacan sobre la celulosa de origen vegetal, como alta resistencia mecánica, mayor cristalinidad y pureza, alta capacidad de retención de agua, de modificación química, de biodegradabilidad, de biocompatibilidad, e incluso la capacidad de moldearlas de acuerdo a la forma que se quiere conseguir, dado que se pueden hacer crecer las bacterias en contenedores de la forma deseada”.

Como fuente de alimentación para el crecimiento bacteriano, utilizaron “residuos de la producción de la sidra. Los subproductos del procesado de la sidra (pulpa, torta, posos…) son ricos en azúcares (glucosa, fructosa y sacarosa) y por tanto, pueden ser utilizados como medio de fermentación para las bacterias. En la producción de sidra, aproximadamente el 30% de la manzana utilizada queda como residuo, por lo que su utilización como fuente de carbono para el crecimiento bacteriano supone una revalorización del residuo para la obtención de materiales de alto valor añadido”, destaca la investigadora.

Leire Urbina, miembro del grupo Materiales+Tecnologías y primera autora del trabajo.

Esta medida da respuesta a uno de los mayores retos de la tecnología de polímeros bacterianos, que es el encontrar fuentes de carbono adecuadas y baratas que se puedan emplear como sustratos para lograr producciones industriales a gran escala y que resulten competitivas con los polímeros derivados del petróleo.

Información complementaria

Este trabajo ha formado parte de la tesis doctoral de Leire Urbina, titulada Biosynthesis and characterization of polymers from cider by-products. Bacterial cellulose-based nanocomposites, dirigida por las doctoras Aloña Retegi y Mª Angeles Corcuera, y llevada a cabo en el Grupo Materiales + Tecnologías del Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa de la UPV/EHU. Este grupo viene trabajando en el desarrollo de (bio)materiales multifuncionales aplicando conocimientos de biotecnología y nanotecnología, y tiene colaboraciones con diversos grupos de investigación tanto de la UPV/EHU, como nacionales e internacionales.