Naslov
Biomaterijali na temelju kitozana i hidroksiapatita supstituiranog metalnim ionima za primjene u tkivnom inženjerstvu
(Biomaterials based on chitosan and metal-ion-substituted hydroxyapatite for tissue engineering applications)

Autori
Ressler, Antonia

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
13.11

Godina
2020

Stranica
114

Mentor
Ivanković, Hrvoje ; Urlić, Inga

Ključne riječi
diferencijacija ; hidroksiapatit ; kitozan ; matične stanice ; metalni ioni ; nosač ; Rietveldova metoda utočnjavanja ; supstitucija
(chitosan ; diferentiation ; hydroxyapatite ; metal ion ; Rietveld refinement ; substitution ; scaffold ; stem cells)

Sažetak
Starenje ljudske populacije uzrokuje sve češća oštećenja ili bolesti koštanog tkiva te je izazov zadovoljiti potrebe njihovog liječenja. Inženjerstvo koštanog tkiva temelji se na primjeni nosača za poticanje obnove kosti pomoću okolnog tkiva, ili primjeni nosača kao „predloška za isporuku“ ugrađenih koštanih stanica i tkiva dobivenih in vitro. Nosač za primjenu u inženjerstvu koštanog tkiva mora biti biokompatibilan i netoksičan, treba oponašati visokoporoznu strukturu prirodne kosti, imati odgovarajuća mehanička svojstva te pritom podržavati rast stanica i obnovu koštanog tkiva. Nosač mora imitirati prirodno koštano tkivo koje je građeno od karbonatnog hidroksiapatita s manjkom kalcijeva iona te organske matrice. Kalcijevi fosfati pripremljeni iz prirodnog izvora (ljuske jajeta, školjke, sipina kost, koralji) pokazuju slična fizikalno-kemijska svojstva prirodnom mineralnom tkivu te su bolje prihvaćeni od strane ljudskog tijela u odnosu na materijale dobivene iz sintetskih izvora. Zbog mogućeg štetnog utjecaja faktora rasta korištenih u regenerativnoj medicini istraživanja se usmjeruju na supstituciju kalcijevih fosfata metalnim ionima koji imaju slično djelovanje kao faktori rasta te se prirodno nalaze u koštanom tkivu. Kako bi se omogućila regeneracija koštanog tkiva, potrebno je pripremiti nosač visokoporozne strukture čija je brzina razgradnje jednaka brzini obnove koštanog tkiva. U ovom doktorskom radu pripravljeni su kalcij- fosfatni sustavi supstituirani (0, 1, 5 i 10 mol%) sa stroncijevim (Sr2+), selenitnim (SeO32-), magnezijevim (Mg2+) i cinkovim (Zn2+) ionima metodom precipitacije primjenom prirodnog prekursora kalcijevih iona. Kako bi se ispitala toplinska stabilnost, uzorci su toplinski obrađeni na 1200 °C. Mineralni sastav sintetiziranih i žarenih kalcij-fosfatnih sustava određen je rendgenskom difrakcijskom analizom koja potvrđuje nastajanje hidroksiapatita (HAp) i oktalcijeva fosfata pentahidrata (OCP). Pomoću računalnog programa DIFFRAC.SUITE TOPAS V.5.0 određeni su parametri elementarnih ćelija i faktor zauzetosti kalcijevih atoma u kristalnoj rešetci HAp-a, OCP-a i β-trikalcijeva fosfata (β-TCP), koristeći Rietveldovu metodu utočnjavanja. Morfologija nastalih kalcijevih fosfata istražena je pretražnim elektronskim mikroskopom (SEM) i pokazuje smanjenje veličine kristala kao posljedicu supstitucije metalnim ionima. Kemijski sastav ispitan masenom spektroskopijom s induktivno spregnutom plazmom potvrđuje prisutnost metalnih iona u kalcij- fosfatnim fazama. In vitro test topljivosti uzoraka ispitan u simulirajućem biološkom mediju ukazuje na bolju topljivost materijala pripremljenih iz prirodnog izvora i supstituiranih metalnim ionima nego li onih pripremljenih iz sintetskog izvora. Pri simulirajućim biološkim uvjetima dolazi do transformacije manje stabilnih faza OCP-a i amorfnog kalcijevog fosfata u termodinamički stabilniji HAp slično procesima u prirodnom koštanom tkivu. Pripremljene su visokoporozne strukture (nosači) na temelju kitozana i hidroksiapatita supstituiranog metalnim ionima (Sr2+, Mg2+, Zn2+ i SeO32-) metodom toplinski inducirane fazne separacije uz naknadno geliranje i ekstrakciju. Pretražnim elektronskim mikroskopom potvrđena je visokoporozna struktura s poroznošću > 70% i veličinom pora u rasponu 50 ‒ 250 μm. Analiza citotoksičnosti i vijabilnosti ljudskih embrionalnih bubrežnih stanica potvrđuje necitotoksičnost ispitanih nosača te dobru vijabilnost nasađenih stanica. Diferencijacija ljudskih matičnih stanica iz koštane srži u koštane stanice na pripremljenim nosačima potvrđena je određivanjem ekspresije gena (alkalna fosfataza, koštani sijaloprotein i protein dentalnog matriksa) metodom lančane reakcije polimerazom u stvarnom vremenu.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemija, Biologija, Kemijsko inženjerstvo, Temeljne tehničke znanosti

POVEZANOST RADA