Sinteza kompozitnih okosnica na temelju polimera i kalcijevih fosfata dobivenih iz biogenih izvora

master's thesis

• Title (english): Synthesis of composite scaffolds based on polymer and calcium phosphates obtained from biogenic sources
• Author: Karla Zadro
• Mentor: Hrvoje Ivanković (mentor)
• Committee member: Hrvoje Ivanković (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Marica Ivanković (član povjerenstva)
• Committee member: Domagoj Vrsaljko (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2020-09-28, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

Inženjerstvo koštanog tkiva je brzo rastuće područje istraživanja kojemu je cilj pripraviti koštanu okosnicu koja što bolje oponaša prirodno koštano tkivo. Pripravljeni materijal mora zadovoljiti sve tražene uvjete, kao što su biokompatibilnost, bioaktivnost, osteoinduktivnost, biorazgradivost, ne smije biti toksičan i izazivati upalne reakcije, te mora pružati dobru mehaničku potporu. Nadalje, mora biti slične strukture i kemijskog sastava kao i ljudska kost. Jedan od potencijalnih materijala je visokoporozna kompozitna okosnica na temelju kitozana i hidroksiapatita (CS/HAp), koja zadovoljava tražene uvjete. Stoga je cilj ovog rada sintetizirati hidroksiapatit iz biogenih izvora, koji sadrže elemente u tragovima od ključne važnosti za rast koštanog tkiva, a zatim iz pripremljenog hidroksiapatita iz različitih biogenih izvora i kitozana pripremiti kompozitne okosnice. Kao biogeni izvori korištene su ljuske jajeta, sipina kost i ljušture školjaka. Dobiveni hidroksiapatit pripremljen je metodom kemijskog taloženja, a karakteriziran je infracrvenom spektroskopijom s Fourierovim transformacijama (FTIR) i rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD). Dobiveni difraktogrami analizirani su Rietveldovom metodom utočnjavanja pomoću računalnog programa DIFFRAC. SUITE TOPAS V.5.0. Morfologija kristala ispitana je pretražnim elektronskim mikroskopom (SEM), a kemijski sastav uzoraka određen je pomoću masene spektroskopije s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS). Pripremljeni uzorci hidroksiapatita umiješani su u polimernu matricu kitozana (CS/HAp) te su pripremljene visokoporozne kompozitne okosnice metodom „smrzavanje-geliranje“. Dobivene kompozitne okosnice karakterizirane su FTIR metodom, a morfologija je istražena SEM analizom. Biološka karakterizacija okosnica provedena je mjerenjem citotoksičnosti okosnica na ljudskim embrionalnim bubrežnim stanicama tijekom 3 dana, te određivanjem životne aktivnosti nasađenih stanica tijekom 7 dana. Utvrđeno je da se pripremljeni praškasti uzorci sastoje od hidroksiapatitna i amorfne faze, te da je prisutna supstitucija Sr2+, Mg2+ i Na+ ionima. Dobivene okosnice CS/HAp visokoporozne su strukture povezanih pora, a kristali HAp-a homogeno su raspoređeni unutar matrice kitozana. Visoka vijabilnost stanica upućuje na necitotoksičnost uzoraka, te dobru životnu aktivnost stanica tijekom 7 dana.

Abstract (english)

The main goal of bone tissue engineering is to synthesize a material that mimics natural bony tissue, respectively its structure and chemical composition. A potential material is a chitosan/hydroxyapatite (CS/HAp) composite scaffold, due to its properties, such as biocompatibility, bioactivity, osteoinductivity, biodegradability and mechanical support. The aim of this study is to synthesize biomimetic hydroxyapatite from biogenic sources, which contain various trace elements crucial for bone growth, and prepare composite scaffolds based on HAp powders and chitosan. As biogenic sources, hen eggshells, cuttlefish bone and seashells were used. HAp powders were prepared by wet precipitation method, while their composition was determined by Fourier-transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) analysis. Crystal morphology was studied by scanning electron microscopy (SEM) and chemical composition of powders was determined by coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Prepared powders have been dispersed into chitosan matrix, and composite CS/HAp scaffolds were prepared by freeze-gelation technique. Obtained CS/HAp scaffolds were analysed by FTIR, while morphology was studied by scanning electron microscopy. Biological evaluation of composite scaffolds was also conducted, by MTT and Live/dead assay. It was found that prepared powders are composed of hydroxyapatite (HAp) and amorphous calcium phosphate (ACP). Substitution with trace elements (Sr2+, Mg2+ i Na+) occured, as a result of using biogenic sources as precursors of Ca2+ ions. The structure of CS/HAp scaffolds was highly porous, with well interconnected pores and HAp crystals homogeneously dispersed in chitosan matrix. MTT assay has shown no toxicity of CS/HAp scaffolds, while Live/dead assay has shown good viability and proliferation of seeded cells.

• Keywords: biogeni izvor; elementi u tragovima; hidroksiapatit; kitozan; okosnica
• Keywords (english): biogenic source; trace elements; hydroxyapatite; chitosan; scaffold
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:091862
• Project: Number: IP-2014-09-3752; Title: Razvoj biokompatibilnih materijala na temelju hidroksiapatita za primjene u inženjerstvu koštanog tkiva; Title: Development of Biocompatible Hydroxyapatite Based Materials for Bone Tissue Engineering Applications; Acronym: HaTEA; Leader: Hrvoje Ivanković; Jurisdiction: Croatia; Funder: HRZZ; Funding stream: IP
• Study programme: Title: Environmental Engineering - Graduate study; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka ekoinženjerstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka ekoinženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2022-04-21 12:52:41