|
|
Pěnové keramické bioaktivní materiály – výrobní postupy, zkoušení vlastností a aplikace
Motyka, Jan ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Řehořek, Lukáš (vedoucí práce)
Porézní materiály pro tkáňové inženýrství jsou novou skupinou materiálů, ktré poskytují některé unikátní vlastnosti, zejména bioaktivitu, biodegradabilitu a osteokonduktivitu. Keramické porézní struktury pro náhrady kostí se zdají mít značný potenciál pro aplikace v medicínské praxi. Bioaktivní prekurzory vykazují velice slibné výsledky při napomáhání hojení kostí, jako výplně kostí a taky jako jejich náhrady. Nejsou zatím však dost mechanicky kompetentní, aby mohly přenášet zatížení, takže jsou využívány pouze pro nízkozátěžové aplikace. Všecny tyto - a jistě mnohé další - důvody, způsobují značný rozvoj v této oblasti materiálů, zvláště v posledních letech. Existuje celá škála výrobních procesů, produkujících pěny s různou strukturou a vlastnostmi. Stručně jsou zde popsány nejběžnější techniky přípravy pěnových struktur a vyjmenovány některé další používané. Dále je zde pojednáno o mechanických vlastnostech, jejich predikci a zkoušení.
|
|
|
Materiály v lékařství
Dvořáková, Tereza ; Čikl, Josef (oponent) ; Molliková, Eva (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce je zaměřena na rešeršní studii kovových, keramických i polymerních materiálů pro medicínské aplikace. V první části práce je sepsána historie těchto materiálů, jejich vlastnosti a požadavky na ně kladené. Dále jsou představeny nejčastější oblasti použití fixačních prostředků a umělých náhrad měkkých i tvrdých tkání. Práce je zakončena představením perspektivního vědního oboru, jímž je tkáňové inženýrství.
|
|
|
The effect of organic and inorganic additives on the chemico-physical properties of biopolymer substrates for tissue engineering
Kohoutek, Martin ; Muchová, Johana (oponent) ; Brtníková, Jana (vedoucí práce)
This bachelor’s thesis deals with the preparation and characterization of composite collagenous scaffolds for possible applications in both bone and skin tissue engineering with an emphasis on their chemico-physical properties. In the theoretical part, the selected components for fabrication of the scaffolds are described and later were used to fabricate 3D porous composite scaffolds in the experimental part. Altogether, four different composite collagenous scaffold types and a reference pure collagen scaffold type were prepared using the freeze-drying fabrication technique. Two scaffold types were made by combining collagen with either oxidised cellulose (OC) or carboxymethyl cellulose (CMC). The other two types of scaffolds had the same biopolymeric origin enhanced with the addition of bioceramics based on the hydroxyapatite and tricalcium phosphates. The microstructure, porosity and pore size were assessed by the scanning electron microscopy. The highest porosity and pore size were achieved by the reference purely collagenous scaffolds, followed by the collagen composites with OC and CMC. Scaffolds with the content of bioceramics had the lowest porosity and pore size, especially those containing CMC. Swelling behaviour analysis and enzymatic degradation in vitro showed, that the hydrophilicity and mass loss in the degradation process correlate with each other. The scaffolds without bioceramics were more hydrophilic and achieved greater mass loss than the scaffolds containing bioceramics. The pure collagen was in the between the two groups. Scaffolds containing CMC achieved greater mass loss and hydrophilicity than their OC counterparts. In terms of mechanical properties, scaffolds with bioceramics achieved higher compressive strength in the wet state than the other three scaffold types. The mechanical properties were generally better for scaffolds with lower porosity and lower hydrophilicity.
|
|
|
Mineralised polylactide and polycaprolactone soft foams with hierarchical micro-macro porous structure for tissue engineering
Beran, M. ; Berková, E. ; Musílková, Jana ; Sedlář, Antonín ; Slepička, P. ; Fajstavr, D.
The purpose of the study was development of soft foams from resorbable polymers with unique micro-macro porous interconnected hierarchical structure specially designed as scaffold for engineering of soft tissues. The foams have been prepared by freeze-drying of solutions of polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL) in 1,4-dioxane. The foams prepared by freeze-drying had interconnected porous aerogel characteristics. The hierarchical structure with bimodal micro-macro pore size distribution were obtained after addition of sucrose or NaCl porogens with defined crystal size distributions to the solutions before freeze-drying and leaching the porogen crystals from the freeze-dried foams with demineralised water. Polyethyleneimine was chemically conjugated to the alkali-treated foams followed by conjugation of citric acid using carbodiimide chemistry. Finally, they were mineralised by immersing and incubating in a simulated body fluid with ionic concentration similar to that of human blood plasma, to obtain tissue engineering scaffolds. To verify their biocompatibility, the scaffolds were seeded with adipose-derived stem cells (ASC) and sarcoma osteogenic-2 (SaOs-2) human osteoblast-like cells. Morphology of the cells attached to the scaffolds was evaluated and their viability was verified by a metabolic test. Biocompatibility and usability of the scaffolds was successfully verified by incubation with adipose-derived stem cells and SaOs-2 human osteosarcoma cell line. Mineralised scaffolds are more suitable growth supports for both the cell types than unmineralized collagen scaffolds. The scaffolds have been specially designed for engineering of soft tissues, but they can be used in other categories of tissue engineering, too.
|
|
|
Moderní biomateriály pro regeneraci pojivových tkání
Hefka Blahnová, Veronika ; Filová, Eva (vedoucí práce) ; Maxová, Hana (oponent) ; Motlík, Jan (oponent)
Pojivové tkáně se typicky vyznačují velkým objemem mezibuněčné hmoty. Jejich hlavní funkcí je poskytovat mechanickou oporu a ochranu ostatním tělním orgánům. Tato práce je zaměřena na regeneraci tkáně kosti a chrupavky, potažmo osteochondrálního defektu. V rámci provedených experimentů byla sledována viabilita a diferenciace lidských kmenových buněk. V in vitro podmínkách byl testován PCL nosič s příměsí růstových faktorů, kolagenová pěna s biokeramikami, xenogenní kostní štěp s biomimetickými peptidy a titanový nosič s nanostrukturovaným povrchem. Vybraný bezbuněčný nosič byl následně implantován do osteochondrálního defektu králičího modelu, kde byla sledována míra regenerace poškozených tkání. In vivo byl hodnocen kolagenový nosič s příměsí PCL nanovláken a biokeramik obohacený o růstové faktory IGF-1, bFGF, TGFβ1 a BMP-2. Právě přídavek růstových faktorů se in vivo jevil jako ne příliš vhodný především z důvodu indukce patologické zánětlivé odpovědi. a to navzdory tomu, že v in vitro podmínkách vykazoval spíše pozitivní efekt. Rovněž biomimetické peptidové sekvence stimulovaly osteogenní diferenciaci lidských mezenchymálních kmenových buněk. V případě různých typů biokeramik kombinovaných s kolagenem i buňky reagovaly spíše na konkrétní kalcium fosfát, respektive hydroxyapatit, než na povrchové...
|
|
|
Stimulation of mesenchymal stem cells osteogenic differentiation using perfusion bioreactor
Šljivnjak, Erna ; Rampichová, Michala (vedoucí práce) ; Rösel, Daniel (oponent)
Kostní buňky jsou in vivo vystaveny neustálým chemickým a mechanickým podnětům, způsobených prouděním intersticiální tekutiny. V in vitro prostředí je možné napodobit účinky intersticiální tekutiny a podmínky tvorby kostní tkáně pomocí perfúzního bioreaktoru. Perfuze média přes tkáňový nosič zlepšuje transport živin a současně vytváří smykové tření, napodobující in vivo podmínky. Tato práce zkoumala účinky rychlostí perfuzního toku na buněčnou životaschopnost, proliferaci, migraci a osteogenní diferenciaci lidských mezenchymálních kmenových buněk kultivovaných v 3D vlákenných nosičích připravených z poly-ε-kaprolaktonu. Nosiče byly vystaveny perfuzi po dobu 21 dnů při průtokových rychlostech 1, 3 a 5 ml/min a byly porovnány s nosiči kultivovanými ve statických podmínkách. Buňky kultivované při průtoku 1 ml/min vykazovaly ve srovnání se statickou kulturou vyšší životaschopnost, měly zvýšenou expresi osteogenního markeru kolagenu typu I a nejvyšší aktivitu alkalické fosfatázy. Nejvyšší buněčná proliferace ve srovnání se statickou kulturou byla sledována při průtoku 3 ml/min. Buňky kultivované v bioreaktoru pod průtokem 5 ml/min se v žádném ze zkoumaných parametrů významně nelišily od statické kultury. Migrace buněk do nosičů po vystavení perfuznímu proudění nebyla sledována. Tato data potvrzují, že...
|
|
|
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
This master's thesis deals with the preparation and testing of 3D printed scaffolds for bone tissue engineering. The aim of the thesis is laboratory preparation of polymer blends on the basis of poly(3-hydroxybutyrate), poly(lactic acid) and polycaprolactone and their processing into the form of 3D printing filaments. Three polymeric blends were prepared and processed into the form of 3D printing filaments. Differential scanning calorimetry was conducted to evaluate the thermal properties, followed by temperature tower test and warping test to determine the processing conditions for 3D printing. The lowest warping coefficient was 1.26 for a blend of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone and plasticizer. Tensile test, three-point flexural test and compression test were used to study the mechanical properties of materials. Scaffolds with different surfaces for bone tissue engineering were 3D printed from prepared filaments to determine the most optimal surface for cell proliferation. To determine the surface properties and their influence on cell adhesion, optical contact angle measurement with the use of OWRK method to calculate surface energy was conducted. 3D printed surfaces were also subjected to roughness analysis by confocal microscopy to determine their roughness and its effect on contact angle with water and cell growth. Finally, in the last part, in vitro tests on scaffolds were conducted in collaboration with the Institute of Experimental Medicine (Czech Academy of Sciences) to find out whether the prepared materials are non-cytotoxic and how the surface of scaffold affects the cell growth and proliferation. In the end, two out of three materials were proven to be non-cytotoxic (both blends of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone) and that their mechanical properties were comparable with human trabecular bone. The most optimal surface for cell growth is probably grid diameter 50 m with roughness along the perimeter 1.9 m, which corresponds with water contact angle 74.1°.
|
|
|
Nanovlákenné materiály v inženýrství kostní tkáně
Zajdlová, Martina ; Bačáková, Lucie (vedoucí práce) ; Míčová, Petra (oponent)
Tato práce je zaměřena na nanovlákenné materiály, které nacházejí perspektivní uplatnění v nové moderní mezioborové disciplíně - tkáňovém inženýrství. V minulosti se vyvíjely různé strategie při tvorbě materiálů určených k tkáňovému inženýrství, od materiálů nedovolujících adhezi žádných buněk na svůj povrch. tzv. bioinertních až po současnou snahu vytvořit tzv. "hybridní bioarteficiální orgány". Především v inženýrství kostní tkáně mají velký potenciál polymerní materiály v podobě nanovlákenné sítě, jako například poly(laktid) nebo poly(kaprolakton) s anorganickou příměsí, např. ve formě nanokrystalického hydroxyapatitu. Materiál v takovéto podobně napodobuje přirozenou strukturu kostní tkáně a tím stimuluje adhezi, proliferaci a diferenciaci buněk do žádaného buněčného typu. V experimentální části této práce byl jeden z těchto nadějných nanomateriálu otestován na jeho biokompatibilitu v podmínkách in vitro. Poly(laktid) v podobě nanovlákenné sítě s 0, 5 a 15 hmotnostními % nanokrystalického hydroxyapatitu byl připravený firmou Elmarco s.r.o., Liberec. Buňky lidských osteoblastů linie MG 63 byly na těchto materiálech kultivovány po dobu 1, 3 a 7 dní. Výsledky poukazují na výhodu příměsi hydroxyapatitu, který stimuluje buňky k tzv. osteogenní diferenciaci a zároveň umožňuje i relativně dobrou...
|
|
|
Characterization of ultra-thin polymer films on solid substrates using different physical techniques
Pop-Georgievski, Ognen ; Rypáček, František (vedoucí práce) ; Adam, Pavel (oponent) ; Werner, Carsten (oponent)
Cílem disertační práce je příprava ultratenkých polymerních filmů na pevných substrátech a jejich charakterizace pomocí fyzikálních metod. Fyzikální techniky, které jsou použity v této práci, selektivně popisují jednotlivé charakteristiky studovaných filmů. Některé z těchto technik jsou více specifické pro stanovení některých vlastností povrchů, avšak neposkytují informace o jiných důležitých vlastnostech těchto systémů. Proto pouze kombinací jednotlivých metod lze získat celkový pohled na architekturu, složení a funkci filmů a jejich vrstev. Tento kombinovaný přístup umožňuje získat hodnoty jednotlivých charakteristik a současně osvětluje fyzikální mechanizmy zodpovědné za chování zkoumaných systémů, což je důležité pro jejich další aplikace. Konkrétní polymerní filmy, jimiž se tato práce zabývá, reprezentují rozdílné typy systémů, které jsou významné pro aplikace v biomedicíně, biotechnologiích a tkáňovém inženýrství. Lze je zařadit do čtyř skupin: 1. Filmy polylaktidu vytvářené roubováním z tenkých filmů silanizovaného alakritu. 2. Polydopaminové filmy, které lze využít jako vhodnou platformu pro další modifikaci povrchů. 3. Polyethylenoxidové filmy roubované na povrchy potažené polydopaminem. 4. Poly(ω-methoxy-oligo(ethylene oxide) methacrylatovové), poly(ω-hydroxy-oligo(ethylene oxide)...
|
|
|
Koaxiální a emulzní nanovlákna pro biomedicínské použití
Korbelová, Gabriela ; Buzgo, Matej (vedoucí práce) ; Pavlů, Barbora (oponent)
Současná léčba poranění tkání se potýká s četnými problémy, jako jsou omezená regenerační kapacita a imunitní reakce těla na cizorodá tělesa. V mnohých případech tak neumožňuje plnohodnotnou regeneraci tkání a plné obnovení jejich původní funkce. Řízené dodávání růstových faktorů má značnou signifikanci pro navození hojení ran u širokého spektra defektů. Biokompatibilní a biodegradabilní nanovlákenné nosiče připravené metodou elektrostatického zvlákňování představují univerzální platformu pro dodání široké škály látek regulovaným způsobem. Cílem práce je vytvořit přehled a zhodnocení vlastností nanovlákenných systémů pro řízené uvolňování léčiv vytvořených elektrostatickým zvlákňováním. Práce se zaměřuje zejména na využití růstových faktorů jako aktivních látek navozujících hojení tkáně. Nanovlákenné nosiče nabízí řadu výhod, jsou schopné trvale dodávat bioaktivní látku do místa tkáňového defektu, zachovávat bioaktivitu uvolňované látky a tím stimulovat adhezi, proliferaci a diferenciaci buněk na svém povrchu. Oproti klasickým metodám tkáňového inženýrství využívajících tkáňové štěpy s rizikem jejich imunitního odmítnutí nabízí tyto funkcionalizované biodegradabilní nosiče možnost tvorby tzv. bezbuněčných nosičových systémů bez nutnosti izolace hostitelských buněk, kdy je daná tkáň regenerována in...
|
host ::
RSS.