Naslov
Priprava visokoporoznoga biorazgradljivoga i biokompatibilnoga materijala na temelju supstituiranoga hidroksiapatita
(Preparation of highly porous biodegradable and biocompatible material based on substituted hydroxyapatite)

Autori
Bauer, Leonard

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
08.04

Godina
2021

Stranica
104

Mentor
Ivanković, Marica

Ključne riječi
hidroksiapatit ; magnezij ; matične stanice ; poli(ε-kaprolakton) ; sipina kost ; stroncij ; supstitucija ; visokoporozni nosač ; vitlokit
(cuttlefish bone ; highly porous scaffold ; hydroxyapatite ; magnesium ; poly(ε-caprolactone) ; stem cells ; strontium ; substitution ; whitlockite)

Sažetak
Koštana oštećenja koja ne mogu zacijeliti normalnim metabolizmom koštanog tkiva u medicini se uobičajeno tretiraju metalnim implantatima koji okolnom tkivu pružaju mehaničku potporu prilikom regeneracije. Nedostatci uobičajenih implantata su mogućnost imunološke reakcije na strano tkivo i potreba za operativnim procesom uklanjanja inertnog implantata nakon završetka regeneracije koštanog oštećenja. Inženjerstvo koštanog tkiva posvećuje veliku pozornost razvoju koštanih nadomjestaka temeljenih na biomaterijalima koji zbog sličnih svojstava s prirodnim tkivom aktivno sudjeluju u metabolizmu koštanog tkiva. Idealan nosač treba biti biokompatibilan i bioaktivan, što znači da ga tijelo ne prepoznaje kao strani materijal i da stvara fizikalno-kemijske veze koje potiču cijeljenje kosti s čvrstim vezanjem za koštano tkivo. Također, bitno je da se nosač biološkim procesom remodeliranja zdrave kosti razgrađuje na netoksične komponente, dok cijelo vrijeme služi kao mehanička i strukturna potpora oštećenom tkivu. Kalcijevi fosfati (CaP) zbog sličnosti s anorganskom komponentom koštanog tkiva najistraživaniji su biomaterijali za primjenu koštanih nadomjestaka. Biomimetičkim pristupom, korištenjem skeleta vodenih beskralježnjaka kao biogenog izvora, moguće je sintetizirati koštani nadomjestak koji je biokemijski, mineraloški i strukturno vrlo sličan ljudskoj kosti. Uz Ca2+, PO43- i OH- ione, koštani kalcij-fosfatni materijal sadrži brojne ione koji imaju velik utjecaj na svojstva koštanog tkiva. Korištenjem polimernih biorazgradljivih materijala moguće je utjecati na svojstva CaP-a i dobiti kompozitni nosač koji oponaša anorgansko-organski kompozitni materijal prirodnog koštanog tkiva. U sklopu istraživanja ovog doktorskog rada hidrotermalnom reakcijom pri 200 °C nakon 48 sati sintetizirani su magnezijem i stroncijem supstituirani CaP nosači. Korištenjem kalcij- karbonatne strukture sipine kosti, amonij dihidrogenfosfata (NH4H2PO4), stroncij nitrata (Sr(NO3)2), magnezij klorid heksahidrata (MgCl2×6H2O) ili magnezij perklorata (Mg(ClO4)2) kao reaktanata dobiveni su dvofazni trodimenzionalni visokoporozni nosači hidroksiapatita (HAp) i vitlokita (WH). Kompozitni nosači pripremljeni su vakuumskom impregnacijom poli(ε-kaprolaktona) na površinu CaP matrice. iii Utjecaj udjela Mg2+ i Sr2+ iona na sastav i morfološka svojstva pripravljenih nosača ispitan je rendgenskom difrakcijom praha, infracrvenom spektroskopijom s Fourierovim transformacijama, termogravimetrijskom analizom i elektronskim pretražnim mikroskopom (SEM) s energijski razlučujućom rendgenskom analizom. Dodatak Mg2+ utječe na formiranje nove kristalne faze, WH. Strukturna utočnjavanja provedena Rietveldovom metodom ukazuju da se Mg2+ i Sr2+ preferirano ugrađuju u strukturu WH. SEM mikrografi pripravljenih uzoraka pokazuju da je međusobno povezana visokoporozna struktura sipine kosti u potpunosti očuvana nakon hidrotermalne sinteze. Mg2+ ioni smanjuju dimenziju površinskih mikrosfera karakterističnih za hidroksiapatit. Rezultati mehaničke analize primjenom tlačnog opterećenja pokazuju da WH ima pozitivan utjecaj na mehanička svojstva CaP nosača. Površinska tanka prevlaka poli(ε-kaprolaktona) ravnomjerno prekriva površinu nosača i poboljšava mehanička svojstva kompozitnih nosača za jedan red veličine u odnosu na CaP nosače. Ispitivanjem stanične vijabilnosti dokazano je da supstituirani CaP nosači nisu citotoksični. Provedene su stanične kulture ljudskim mezenhimskim matičnim stanicama (engl. human mesenchymal stem cells, hMSC) in vitro na CaP i kompozitnim nosačima u osteogenom mediju u trajanju od 21 dana. Imunohistokemijsko bojenje pokazuje da Mg-CaP nosači s masenim omjerom HAp : WH 90 : 10 i 70 : 30 pokazuju veću ekspresiju kolagena tipa I i osteokalcina nego čisti HAp nosač. Nastanak kalcijevih depozita potvrđen je bojenjem s alizarinskim crvenilom. Pozitivan utjecaj Mg2+ iona na diferencijaciju matičnih stanica na poroznom 3D CaP nosaču potvrđen je i kvantifikacijom ekspresije gena svojstvenih za osteogenu aktivnost (alkalne fosfataze, koštanog sijaloproteina i proteina matrice dentina) korištenjem kvantitativne lančane reakcije polimeraze u stvarnom vremenu. U odnosu na kompozitni nosač supstituiran Mg2+ ionima, kompozitni nosač kosupstituiran Mg2+ i Sr2+ ionima pokazao je veću ekspresiju kolagena tipa I i pozitivan utjecaj stroncija na rani stupanj osteogene diferencijacije matičnih stanica.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemijsko inženjerstvo

POVEZANOST RADA