Original title:
Studium kinetiky samouspořádávacího procesu kolagenu I
Translated title:
Kinetics Studies of Collagen I Self-Assembly
Authors:
Voldánová, Michaela ; Ondreáš, František (referee) ; Jančář, Josef (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2016
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Kolagen, nejhojnější protein pojivových tkání, má v různých formách široké uplatnění díky svým rozmanitým biologickým i chemickým vlastnostem. Jednou z forem jsou kolagenové hydrogely, jež jsou považovány za velice vhodný materiál pro aplikaci v tkáňovém inženýrství, jelikož jsou schopny poskytovat biologicky rozložitelné scaffoldy, které se svými vlastnostmi shodují s živými tkáněmi. Tyto systémy nacházejí uplatnění například jako nosiče pro cílené dodávání léčiv s jejich řízeným uvolňováním, v kombinaci s buňkami je lze využít pro regeneraci a rekonstrukci tkání a orgánů. Zahříváním vodného roztoku kolagenu dochází k spontánnímu procesu samouspořádávání do různě distribuovaných fibrilárních struktur, které jsou v pozdější fázi fibrilogeneze předpokladem pro vytvoření opěrné trojrozměrné sítě, jež je základním stavebním prvkem gelu. Výsledné vlastnosti hydrogelu závisí nejen na jeho struktuře, ale také na podmínkách, při kterých dochází k procesu samouspořádávání. Hydrogely byly připraveny při teplotě 37 °C a fyziologickém pH. Studovaná strukturní proměnná byla koncentrace kolagenu. Doposud byly pro výzkum samouspořádávání využívány metody spektrometrické, které poskytují pouze informace o kinetice morfogeneze. V této práci byly pro výzkum kinetiky samouspořádavacího procesu kolagenu I využity metody reologické, které navíc přinášejí informace o viskoelastických vlastnostech vzniklého materiálu. Získaná experimentální data potvrdila dvoustupňový proces fibrilogeneze kolagenu I sestávajícího z nukleačního a růstového procesu. Reologicky se hydrogely kolagenu chovaly jako nelineární pseudoplastické látky s mezí kluzu. Byl učiněn pokus o molekulární interpretaci získaných výsledků. Za využití 2-parametrické Avramiho rovnice byla stanovena rychlost samouspořádávání pro jednotlivé koncentrace kolagenu a hodnota Avramiho exponentu určujícího tvar vznikajících útvarů. Připravené hydrogely byly rovněž vystaveny zvyšujícímu se smykovému namáhání (amplituda deformace, smyková rychlost). Při větších amplitudách docházelo k rozpadu vzniklé struktury hydrogelu, přičemž byla zachována schopnost částečné regenerace struktury.
Collagen, the most abundant protein of connective tissues, in various forms has a wide applications due to their diverse biological and chemical properties. One of the forms are collagen hydrogels, which are considered very suitable material for applications in tissue engineering, because they are able to provide biodegradable scaffolds that its properties correspond with living tissues. These systems are used for example as scaffold for targeted drug delivery with controlled release, in combination with cells can be used for the regeneration and reconstruction of tissues and organs. Heating the aqueous solution of collagen leads to spontaneous self-assembly process to variously distributed fibrillar structures, which are at a later stage of fibrillogenesis prerequisite for creating a three-dimensional supporting network, which is the basic building block of the gel. The resulting properties of the hydrogel depend not only on its structure, but also on the conditions which cause self-assembly process. Hydrogels were performed at 37 ° C and physiological pH. Studied structural variable was the concentration of collagen. So far, for the research of self-assembly were used spectrometric methods, which only provide information about kinetics of morphogenesis. In this work to study the kinetics of collagen I self-assembly were used rheological methods, which additionally give information about viscoelastic properties of the resulting material. The obtained experimental data confirmed two-step process of collagen I fibrillogenesis consisting of nucleation and growth process. Rheological hydrogels collagen behaved as a nonlinear yield-pseudoplastic. An attempt was made to molecular interpretation of the results. Using two-parametric Avrami equation was determined the rate of self-assembly for each concentration of collagen and the value of Avrami exponent determining the shape of produced units. The prepared hydrogels were subjected to increasing shear stresses (strain amplitude, shear rate). Larger amplitudes leads to collapse of the hydrogel structure, which is able to again partially regenerated.
Keywords:
collagen; fibrillogenesis; hydrogel; kinetics of self-assembly; rheology; viscoelasticity; fibrilogeneze; hydrogel; kinetika samouspořádávání; kolagen; reologie; viskoelasticita
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/58291
guest ::
