Vývoj nových biodegradabilních polymerních fólií pro tkáňové inženýrství

Bc. Michal Puchrík

Diplomová práce

Development of new biodegradable polymer films for tissue engineering

Anotace:

Tkáňové inženýrství je perspektivní biomedicínský obor, který se zabývá obnovou poškozených nebo ztracených tkání. Jedním z klíčových pilířů tkáňového inženýrství jsou materiály z biodegradabilních polymerů, které tvoří fyzickou oporu buněk a svými vlastnostmi podporují jejich růst a diferenciaci. Velmi důležitým aspektem těchto materiálů je jejich struktura na mikroskopické úrovni, která může ovlivnit charakter interakce s buňkami a tkání více než její chemické složení. Toho využívá tato diplomová práce, která se zabývá návrhem, výrobou a testováním dvouvrstvého materiálu z polydioxanonu, který z každé strany vykazuje rozdílnou buněčnou aktivitu. Jednu vrstvu tvoří tenká fólie, jejíž povrch je pokryt systémem konkávních struktur, vytvořených pomocí self-assembly metody známé jako Breath Figures. Druhou vrstvu tvoří vlákna připravená stejnosměrným elektrickým zvlákňováním s využitím poloprůmyslového zařízení Nanospider. Po důkladné charakterizaci základních vlastností následovaly in vitro testy s myšími fibroblasty 3T3. CCK-8 test metabolické aktivity a snímky z elektronové a fluorescenční mikroskopie prokázaly velmi odlišnou míru buněčné proliferace na obou stranách materiálu. Produkt má tedy potenciál fungovat jako rozhraní, které z jedné strany podporuje růst tkáně, ale z druhé strany brání nežádoucímu přirůstání tkáně jiné. Takový materiál má perspektivní využití v operativní medicíně, která již dlouhodobě hledá odpověď na otázku, jak předejít pooperačním komplikacím v dutině břišní, jmenovitě anastomotickým leakům a interperitoneální adhezi. Aplikace vyvinutého materiálu na operované místo může těmto problémům zabránit a během hojení se v těle neškodně rozložit.

Abstract:

Tissue engineering is a perspective field of biomedicine, which studies the possibilities of replacement of damaged or lost tissue. A key aspect of tissue engineering are bio-degradable polymeric materials, which act as a scaffold that physically supports cells and promotes their growth and differentiation. An important property of such materials is their structure on the microscopic level, which influences the interaction with tissues even more than their chemical composition. The presented diploma thesis takes advantage of this reality and aims at developing a double-layered material made of polydioxanone, which exhibits a different level of cell activity on each of its two surfaces. One layer consists of a thin foil with an array of cavities on its surface, created using the Breath Figures self-assembly method. The other layer is made of fibres produced by utilizing Nanospider, a DC electrospinning machine for nanofiber production on a semi-industrial scale. After a thorough characterization of the material's properties, in vitro tests with 3T3 mouse fibroblasts were conducted. CCK-8 metabolic activity test, as well as electron and fluorescent microscopy proved that the degree of cell proliferation is significantly different on each side of the product. Therefore, the material has a potential to act as a physical interface, which promotes tissue regrowth on one side, but prevents unwanted tissue adhesion on the other side. Such material has a perspective to be used during surgical procedures in the abdominal cavity, which carry unresolved risks of complications, including anastomotic leaks and intraperitoneal adhesions. A patch of the material described in this work can be applied to the surgery site to reduce risk of the aforementioned complications, while degrading harmlessly in the body during the healing process.

Klíčová slova

polydioxanon, Breath Figures, fólie, nanovlákna, tkáňové inženýrství

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 5. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Markéta Klíčová

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Magisterský studijní program / obor:
Nanotechnologie / Nanotechnologie