Razvoj biorazgradivih injekcijskih sustava na temelju kitozana i kalcijeva fosfata

diplomski rad

• Naslov (engleski): Development of biodegradable injectable systems based on chitosan and calcium phosphate
• Autor: Antonia Ressler
• Mentor: Marica Ivanković (mentor)
• Član povjerenstva: Marica Ivanković (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Anamarija Rogina (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Juraj Šipušić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2016-06-27, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo; Kemijsko inženjerstvo u razvoju materijala

Sažetak

Inženjerstvo tkiva predstavlja potencijalnu alternativu za konvencionalne metode obnove koštanog tkiva. Stoga se istražuju materijali koji bi mogli zamijeniti postojeće nerazgradive materijale koji nemaju mogućnost istovremene obnove tkiva i razgradnje njih samih. "Pametni" materijali imaju mogućnost promjene fizičkih svojstva ovisno o promjeni uvjeta u kojima se nalaze. Iz tog razloga pronalaze primjenu u biomedicini i bioinženjerstvu. Temperaturno osjetljivi polimeri se u inženjerstvu tkiva koriste kao podloga za rast stanica i kao injekcijski gelovi. Injekcijski gelovi su od posebnog interesa zbog potencijalnog smanjenja operacijske invazivnosti. Injekcijski gelovi služe za dostavu stanica, hranjivih tvari i faktora rasta u trodimenzijskoj strukturi u tijelu te su dizajnirani za geliranje pri fiziološkim uvjetima. U ovom radu pripravljeni su injekcijski hidrogelovi na temelju kitozana kao polimerne biorazgradive matrice i hidroksiapatita kao bioaktivne anorganske faze. Geliranje kompozitnih hidrogelova potaknuto je raspadom natrijeva hidrogenkarbonata (NaHCO3) kao gelirajućeg agensa. Sastav hidrogelova utvrđen je rendgenskom difrakcijskom analizom i infracrvenom spektroskopijom s Fourierovim transformacijama. Morfologija hidrogelova istražena je pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa. Smični modul pohrane i gubitka mjereni su u ovisnosti o vremenu geliranja, dok su reološka svojstva potpuno geliranog gela ispitana promjenom smične deformacije i frekvencije. Biološka karakterizacija hidrogelova provedena je mjerenjem citotoksičnosti hidrogelova na mišje stanice fibroblasta, te određivanjem životne aktivnosti mišjih fibroblasta uklopljenih u hidrogel tijekom 7 dana. Karakterizacija pripravljenih hidrogelova potvrđuje stvaranje apatitne strukture unutar matrice kitozana uz prisutnost oktakalcij fosfatne faze. Mikroskopska analiza ukazuje na visokoporoznu strukturu hidrogelova koju potvrđuje visoki udio vode od 97,5 ± 0,04%. Reološka ispitivanja pokazuju veliku početnu brzinu geliranja unutar 3 minute inkubiranja pri 37 °C, te stvaranje strukture čvrstog fizikalnog gela pri kojoj smični modul pohrane raste s porastom smične deformacije. Visoka vijabilnost stanica fibroblasta upućuje na necitotoksičnost hidrogelova. In vitro uzgajanje inkapsuliranih fibroblasta potvrdilo je dobru životnu aktivnost stanica tijekom 7 dana.

Sažetak (engleski)

Tissue Engineering is a potential alternative to the conventional methods for bone tissue regeneration. For this reason, investigated materials could replace existing non-degradable materials with no possibility of simultaneous tissue regeneration and degradation themselves. "Smart" materials have the ability to change the physical properties responding to environmental changes. Due to mentioned, they are used in biomedicine and bioengineering. Temperature sensitive polymers are used in tissue engineering as substrates for cell growth and as injectable gels. Injectable gels can be applied directly at a desired location in a minimally invasive manner. Injectable gels are used for delivery of cells, nutrients and growth factors to the three-dimensional structure in the body, and designed for gelation under physiological conditions. Injectable hydrogels based on chitosan as a biodegradable polymer matrix and hydroxyapatite as a bioactive inorganic phase are prepared in this study. Gelling of composite hydrogels has been initiated by decomposition of sodium hydrogencarbonate (NaHCO3) as a gelling agent. The hydrogels’ composition was determined by X-ray diffraction analysis and Fourier transmission spectroscopy. The morphology of hydrogels was investigated by scanning electron microscopy. Storage and loss shear modulus are determined by time sweep test, while rheological behaviour of physically cross-linked hydrogels was investigated by amplitude and frequency sweep experiments. Biological characterization was carried out by evaluation of hydrogel’s cytotoxicity on mouse fibroblast cells, and by determination of viability of mouse fibroblasts encapsulated within the hydrogel for 7 days of culture. The characterization of prepared hydrogels has confirmed hydroxyapatite formation within chitosan matrix with coexistence of octacalcium phosphate phase. Microscopic analysis reveals highly porous hydrogel’s structure confirmed by high water content of 97.5 ± 0.04%. The rheological measurements have indicated rapid thermogelling within 3 minutes of incubation at 37 °C, and formation of 'strong physical gel' with increment of shear storage modulus by shear deformation. High viability of fibroblast cells indicates non-cytotoxicity of hydrogels. In vitro culture of encapsulated fibroblasts has confirmed good cell viability during 7 days.

• Ključne riječi: injekcijski gel; hidroksiapatit; kitozan; gelirajući agens; reologija; inkapsulacija stanica
• Ključne riječi (engleski): injectable gel; hydroxyapatite; chitosan; gelling agent; rheology; cell encapsulation
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:844696
• Studijski program: Naziv: Kemija i inženjerstvo materijala; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (mag. ing. cheming.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2017-03-24 14:13:41