|
|
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (referee) ; Přikryl, Radek (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá přípravou a testováním 3D tištěných skafoldů pro kostní tkáňové inženýrství. Cílem práce je laboratorní příprava polymerních směsí na bázi poly(3-hydroxybutyrátu), polymléčné kyseliny a polykaprolaktonu a jejich zpracování do podoby 3D tiskových strun. Byly připraveny tři polymerní směsi, které byly zpracovány do podoby 3D tiskových strun. Pro vyhodnocení termických vlastností byla provedena diferenciální skenovací kalorimetrie, následně teplotní věžový test a test „warpingu“ pro stanovení zpracovatelských podmínek při 3D tisku. Nejnižší naměřený „warping“ koeficient byl 1,26 u směsi poly(3-hydroxybutyrátu) s polykaprolaktonem a změkčovadlem. Ke studiu mechanických vlastností materiálů byla použita tahová zkouška, tříbodová ohybová zkouška a tlaková zkouška. Skafoldy s různými povrchy pro kostní tkáňové inženýrství byly 3D tisknuty z připravených strun s cílem určit nejoptimálnější povrch pro proliferaci buněk. Pro stanovení povrchových vlastností a jejich vlivu na adhezi buněk bylo provedeno měření optického kontaktního úhlu s využitím metody OWRK pro výpočet povrchové energie. 3D vytištěné povrchy byly také podrobeny analýze drsnosti pomocí konfokálního mikroskopu, aby byla určena jejich drsnost a její vliv na kontaktní úhel s vodou a růst buněk. Nakonec v poslední části byly ve spolupráci s Ústavem experimentální medicíny AV ČR provedeny in vitro testy na skafoldech s cílem zjistit, zda jsou připravené materiály necytotoxické, a jak povrch skafoldu ovlivňuje růst a proliferaci buněk. Bylo zjištěno, že dva ze tří materiálů nejsou cytotoxické (obě směsi poly(3-hydroxybutyrátu) s polykaprolaktonem) a že jejich mechanické vlastnosti jsou srovnatelné s lidskou trabekulární kostí. Nejoptimálnějším povrchem pro růst buněk je pravděpodobně mřížka o průměru 50 m s drsností podél perimetru 1,9 m, což odpovídá kontaktnímu úhlu s vodou 74,1°.
|
|
|
Mechanical Reinforcement of Bioglass®-Based Scaffolds
Bertolla, Luca ; Prof. Dr.-Ing. habil. Aldo R. Boccaccini (referee) ; Kotoul, Michal (referee) ; Pabst, Willi (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Bioactive glasses exhibit unique characteristics as a material for bone tissue engineering. Unfortunately, their extensive application for the repair of load-bearing bone defects is still limited by low mechanical strength and fracture toughness. The main aim of this work was two-fold: the reinforcement of brittle Bioglass®-based porous scaffolds and the production of bulk Bioglass® samples exhibiting enhanced mechanical properties. For the first task, scaffolds were coated by composite coating constituted by polyvinyl alcohol (PVA) and microfibrillated cellulose (MFC). The addition of PVA/MFC coating led to a 10 fold increase of compressive strength and a 20 fold increase of tensile strength in comparison with non-coated scaffolds. SEM observations of broken struts surfaces proved the reinforcing and toughening mechanism of the composite coating which was ascribed to crack bridging and fracture of cellulose fibrils. The mechanical properties of the coating material were investigated by tensile testing of PVA/MFC stand–alone specimens. The stirring time of the PVA/MFC solution came out as a crucial parameter in order to achieve a more homogeneous dispersion of the fibres and consequently enhanced strength and stiffness. Numerical simulation of a PVA coated Bioglass® strut revealed the infiltration depth of the coating until the crack tip as the most effective criterion for the struts strengthening. Contact angle and linear viscosity measurements of PVA/MFC solutions showed that MFC causes a reduction in contact angle and a drastic increase in viscosity, indicating that a balance between these opposing effects must be achieved. Concerning the production of bulk samples, conventional furnace and spark plasma sintering technique was used. Spark plasma sintering performed without the assistance of mechanical pressure and at heating rates ranging from 100 to 300°C /min led to a material having density close to theoretical one and fracture toughness nearly 4 times higher in comparison with conventional sintering. Fractographic analysis revealed the crack deflection as the main toughening mechanisms acting in the bulk Bioglass®. Time–dependent crack healing process was also observed. The further investigation on the non-equilibrium phases crystallized is required. All obtained results are discussed in detail and general recommendations for scaffolds with enhanced mechanical resistance are served.
|
|
|
Modern processing methods of porous bioceramics
Šťastný, Přemysl ; Částková, Klára (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
Bachelor thesis is written with focusing to bioscaffolds. Thesis is devided into three parts. First part is focused to colloid suspensions, their preparation and consolidation. Second part is focused to preparation methods of porous ceramics. The third part describes scaffolds and their use in medicine. Practical part is focused to gels preparation.
|
|
|
Multi-phase porous bioceramics bone scaffolds based on calcium phosphates
Smiešková, Jana ; Šťastná, Eva (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
This bachelor thesis summarizes findings on subject: Multi-phase porous bioceramics bone scaffolds based on calcium phosphates. The thesis is divided into two parts. The first part is a literary recherche speaking on topic: Tricalcium-phosphate-based bioceramic materials and their interaction with the body of the recipient. The second part is experimental. It describes the preparation of mixed ceramics (mixture of hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCP)) and evaluation of their microstructure and changes of phase composition.
|
|
|
Customized hybrid bioscaffolds for bone regeneration
Šťastný, Přemysl ; Šupová,, Monika (referee) ; Pabst, Willi (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
Doktorská práce s názvem Individualizované hybridní podpůrné struktury pro regeneraci kostní tkáně je rozdělena do dvou částí. První část si klade za cíl ukázat vzájemný vztah mezi implantovaným materiálem a kostní tkání a současný stav poznání v oblasti vývoje matriálů na bázi fosforečnanů vápenatých a z nich vyráběných implantátů pro regeneraci kostní tkáně. Koncept individualizace a pečlivého výběru fázového složení implantátu představuje stěžejní body druhé části práce. Individualizace v této práci není chápána jako pouhé dosažení tvarové a rozměrové přesnosti implantátu. Velká pozornost byla věnována mikrostrukturním detailům, fázovému složení a distribuci jednotlivých fází, což umožňuje připravit specifický materiál na základě zamýšlené aplikace. Biologická odezva na připravené materiály byla vyhodnocena pomocí in-vitro a in-vivo testů. Doktorská práce ukazuje jak pochopení základních chemických a fyzikálních vlastností materiálu může pomoc při návrhu implantátu s vynikající biologickou odezvou. In-vivo aplikace navrženého materiálu a jeho srovnání s autograftním kostním štěpem, současným zlatým standardem, je jedinečným a cenným výstupem předložené práce.
|
|
|
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (referee) ; Přikryl, Radek (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá přípravou a testováním 3D tištěných skafoldů pro kostní tkáňové inženýrství. Cílem práce je laboratorní příprava polymerních směsí na bázi poly(3-hydroxybutyrátu), polymléčné kyseliny a polykaprolaktonu a jejich zpracování do podoby 3D tiskových strun. Byly připraveny tři polymerní směsi, které byly zpracovány do podoby 3D tiskových strun. Pro vyhodnocení termických vlastností byla provedena diferenciální skenovací kalorimetrie, následně teplotní věžový test a test „warpingu“ pro stanovení zpracovatelských podmínek při 3D tisku. Nejnižší naměřený „warping“ koeficient byl 1,26 u směsi poly(3-hydroxybutyrátu) s polykaprolaktonem a změkčovadlem. Ke studiu mechanických vlastností materiálů byla použita tahová zkouška, tříbodová ohybová zkouška a tlaková zkouška. Skafoldy s různými povrchy pro kostní tkáňové inženýrství byly 3D tisknuty z připravených strun s cílem určit nejoptimálnější povrch pro proliferaci buněk. Pro stanovení povrchových vlastností a jejich vlivu na adhezi buněk bylo provedeno měření optického kontaktního úhlu s využitím metody OWRK pro výpočet povrchové energie. 3D vytištěné povrchy byly také podrobeny analýze drsnosti pomocí konfokálního mikroskopu, aby byla určena jejich drsnost a její vliv na kontaktní úhel s vodou a růst buněk. Nakonec v poslední části byly ve spolupráci s Ústavem experimentální medicíny AV ČR provedeny in vitro testy na skafoldech s cílem zjistit, zda jsou připravené materiály necytotoxické, a jak povrch skafoldu ovlivňuje růst a proliferaci buněk. Bylo zjištěno, že dva ze tří materiálů nejsou cytotoxické (obě směsi poly(3-hydroxybutyrátu) s polykaprolaktonem) a že jejich mechanické vlastnosti jsou srovnatelné s lidskou trabekulární kostí. Nejoptimálnějším povrchem pro růst buněk je pravděpodobně mřížka o průměru 50 m s drsností podél perimetru 1,9 m, což odpovídá kontaktnímu úhlu s vodou 74,1°.
|
|
|
Multi-phase porous bioceramics bone scaffolds based on calcium phosphates
Smiešková, Jana ; Šťastná, Eva (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
This bachelor thesis summarizes findings on subject: Multi-phase porous bioceramics bone scaffolds based on calcium phosphates. The thesis is divided into two parts. The first part is a literary recherche speaking on topic: Tricalcium-phosphate-based bioceramic materials and their interaction with the body of the recipient. The second part is experimental. It describes the preparation of mixed ceramics (mixture of hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCP)) and evaluation of their microstructure and changes of phase composition.
|
|
|
Possibilities of using stem cells for treatment of ocular surface injuries
Kössl, Jan ; Holáň, Vladimír (advisor) ; Drbal, Karel (referee)
Ocular surface defects are one of the most common causes of impaired vision or even blindness. Corneal transplantation is the first choice of the treatment of these defects. If the damage is extensive and includes the limbus, niche of limbal stem cells (LSCs), LSC deficiency (LSCD) occurs and reparation with regeneration of cornea is impaired. The only way to treat LSCD is limbal transplantation or transplantation of autologous LSCs from the healthy eye. In cases of bilateral LSCD there are no autologous LSCs available. The use of allogeneic LSCs is associated with the requirement of systemic or local administration of immunosuppressive drugs which have often negative side-effects and outcomes remain uncertain. The alternative for treatment of ocular surface defects and LSCD is finding a new source of an appropriate autologous stem cell substitute which are e.g. mesenchymal stem cells (MSCs). These cells can be obtained from bone marrow or adipose tissue of the particular patient. MSCs can be easily cultivated ex vivo and can be transferred onto the damaged ocular surface using appropriate scaffold. Here they can differentiate to corneal epithelial cells, have immunomodulatory properties and produce numerous trophic and growth factors. The experiments with MSCs on animal models of mechanically or...
|
|
|
Mechanical Reinforcement of Bioglass®-Based Scaffolds
Bertolla, Luca ; Prof. Dr.-Ing. habil. Aldo R. Boccaccini (referee) ; Kotoul, Michal (referee) ; Pabst, Willi (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Bioactive glasses exhibit unique characteristics as a material for bone tissue engineering. Unfortunately, their extensive application for the repair of load-bearing bone defects is still limited by low mechanical strength and fracture toughness. The main aim of this work was two-fold: the reinforcement of brittle Bioglass®-based porous scaffolds and the production of bulk Bioglass® samples exhibiting enhanced mechanical properties. For the first task, scaffolds were coated by composite coating constituted by polyvinyl alcohol (PVA) and microfibrillated cellulose (MFC). The addition of PVA/MFC coating led to a 10 fold increase of compressive strength and a 20 fold increase of tensile strength in comparison with non-coated scaffolds. SEM observations of broken struts surfaces proved the reinforcing and toughening mechanism of the composite coating which was ascribed to crack bridging and fracture of cellulose fibrils. The mechanical properties of the coating material were investigated by tensile testing of PVA/MFC stand–alone specimens. The stirring time of the PVA/MFC solution came out as a crucial parameter in order to achieve a more homogeneous dispersion of the fibres and consequently enhanced strength and stiffness. Numerical simulation of a PVA coated Bioglass® strut revealed the infiltration depth of the coating until the crack tip as the most effective criterion for the struts strengthening. Contact angle and linear viscosity measurements of PVA/MFC solutions showed that MFC causes a reduction in contact angle and a drastic increase in viscosity, indicating that a balance between these opposing effects must be achieved. Concerning the production of bulk samples, conventional furnace and spark plasma sintering technique was used. Spark plasma sintering performed without the assistance of mechanical pressure and at heating rates ranging from 100 to 300°C /min led to a material having density close to theoretical one and fracture toughness nearly 4 times higher in comparison with conventional sintering. Fractographic analysis revealed the crack deflection as the main toughening mechanisms acting in the bulk Bioglass®. Time–dependent crack healing process was also observed. The further investigation on the non-equilibrium phases crystallized is required. All obtained results are discussed in detail and general recommendations for scaffolds with enhanced mechanical resistance are served.
|
|
|
Modern processing methods of porous bioceramics
Šťastný, Přemysl ; Částková, Klára (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
Bachelor thesis is written with focusing to bioscaffolds. Thesis is devided into three parts. First part is focused to colloid suspensions, their preparation and consolidation. Second part is focused to preparation methods of porous ceramics. The third part describes scaffolds and their use in medicine. Practical part is focused to gels preparation.
|
guest ::
