Příprava a charakterizace scaffoldu pro kostní tkáňové inženýrství

Abstract

Kostní tkáňové inženýrství se věnuje vývoji biokompatibilních materiálů vhodných k nahrazení defektní kostní tkáně. Kosti představují velice dynamickou strukturu a její pochopení je základem pro navržení materiálů co nejvěrněji imitujících extracelulární matrix. V této práci byl připravován porézní 3D materiál vytvářený termickou modifikací polyakrylonitrilu při 360°C za přístupu vzduchu v Black Orlon. Jeho morfologická struktura je tvořena interkonektivními póry a byla charakterizována pomocí elektronové mikroskopie. Komunikující póry o velikostech vhodných pro růst a proliferaci lidských osteoblastů byly ve struktuře vytvořeny zabudováním a následným vymytím částic porogenu. Jako porogen byly zvoleny frakcionované krystaly chloridu sodného o vhodné velikosti. Ke zlepšení mechanických vlastností byl materiál vyztužen sekundární interpenetrující sítí z chitosanu. Současně byly také porovnávány dva typy síťovacích činidel chitosanu: běžně používaný glutaraldehyd a genipin. A to především jejich vliv na viabilitu buněk. Na navrženém materiálu a jeho kompozitu s hydroxyapatitem byla v biologických experimentech zkoumána jejich osteokonduktivita. Ukázalo se, že materiály nejsou cytotoxické a jejich chemické složení a morfologická struktura podporují adhezi, proliferaci a růst buněk lidského osteosarkomu kmene MG 63, které na povrchu scaffoldů vytvářely konfluentní vrstvu.

Bone tissue engineering is devoted to the development of biocompatible materials suitable for the replacement of defect bone tissue. Bones represent a very dynamic structure and its understanding is the basis for designing materials mimicking the extracellular matrix. A porous 3D material called Black Orlon was produced by thermal modification of polyacrylonitrile at 360°C with air access. Morphological structure of Black Orlon is created by interconnected pores that were characterized by scanning electron microscope. Communicating pores of sizes suitable for the growth and proliferation of human osteoblasts were formed in the structure by incorporation and subsequent washing of the porogen particles. Fractionate crystals of sodium chloride of suitable size were used as the porogen. The mechanical properties of the material were impoved by introduction of a secondary interpenetrating chitosan network. Two types of chitosan crosslinking agents were also compared: commonly used glutaraldehyde and genipin. The main factor for the comparison was their effect on cell viability. Proposed material and its hydroxyapatite composite have been studied in biological experiments for their osteoconductivity. The materials proved to be non-cytotoxic and their chemical composition and morphological structure promote the adhesion, proliferation and growth of human osteosarcoma cell line MG 63 strain that formed a confluent layer on the surface of the scaffolds.