Preparation of three dimensional structures of polysaccharide derivatives for application in regenerative medicine : doctoral disertation

angleški

doktorska dela

2022

3D tiskanje   citronska kislina   Disertacije   doktorske disertacije   hitozan   karboksimetil celuloza   kolagen   nanofibrilna celuloza   Tkivno inženirstvo   Univerzitetna in visokošolska dela   zamrzovanje s sušenjem

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V zadnjem desetletju je opazen izjemno velik znanstveni napredek v razvoju novih nosilcev za regeneracijo različnih tkiv. Kljub temu je potrebnih še veliko izboljšav, saj trenutni tridimenzionalni (3D) nosilci ne posnemajo dovolj dobro naravnega okolja zunajceličnega matriksa in ne nudijo zadostne mehanske opore, ki bi omogočila dolgotrajno rast in kasnejši razvoj izbranih tkiv. Razvoj novih tkivnih nosilcev tako predstavlja še vedno velik izziv. V tej doktorski disertaciji je predstavljen razvoj novih multifunkcionalnih tkivnih nosilcev iz biokompatibilnih biopolimerov, ki posnemajo strukturo in sestavo zunajceličnega matriksa in so namenjeni za uporabo v hrustančnem in kostnem tkivnem inženirstvu. Tridimenzionalni (3D) nosilci so bili izdelani iz polisaharidnih ali polisaharidno-beljakovinskih kompozitnih hidrogelov ali črnil za 3D tiskanje, ki so se odlikovali z močnim strižnim redčenjem in so bili primerni za 3D tiskanje. Hidrogeli in črnila, pripravljeni iz različnih kombinacij nanofibrilne (NFC) in karboksimetilne (CMC) celuloze, hitozana (CS), kolagena (Coll) in citronske kisline (CA) so bili 3D natisnjeni ali vliti v kalup ter strjevani s kombinacijo sušenja z zamrzovanjem in dehidrotermalne toplotne obdelave (DHT), da smo dobili dimenzijsko in mehansko stabilne nosilce. Termična obdelava nosilcev je povzročila nastanek novih amidnih in esterskih vezi med funkcionalnimi skupinami izbranih polisaharidov in beljakovinskim Coll. CA je služila kot ekološko sprejemljiv zamreževalec, ki je tudi nestrupen za razliko od drugih citotoksičnih zamreževalcev z reaktivnimi kemijskimi skupinami, hkrati pa je tudi izboljšala mehanske lastnosti in dolgotrajno stabilnost nosilcev. Doktorska disertacija podrobneje predstavlja, kako pogoji kompleksiranja, dehidrotermalna obdelava in stopnja zamreženosti vplivajo na poroznost, kemijsko strukturo, nabrekanje in degradacijo suhih in omočenih nosilcev. Tlačna trdnost, modul elastičnosti in dolgotrajna dimenzijska stabilnost nosilcev so se bistveno povečali z uravnoteženim razmerjem naboja, dehidrotermalno obdelavo in z višjimi koncentracijami zamreževalca CA ter Coll. Pripravljeni zamreženi nosilci so tudi izboljšali sposobnost preživetja in proliferacijo mezenhimskih matičnih celic ali osteoblastnih celic, izoliranih iz človeškega kostnega tkiva. V doktorskem delu predstavljene metode fizikalnega in kemijskega zamreženja na vodni osnovi se lahko razširijo na vse materiale na osnovi polisaharidov ali polisaharidov s proteini. S takšnimi pristopi se lahko razvijejo celicam prijazni nosilci s prilagojenimi lastnostmi, primernimi za različne aplikacije v tkivnem inženirstvu.

08.08.2023