Synteza i charakterystyka hydrożelowych nanokompozytów chitozan/laponit dla inżynierii tkanki kostnej

• Autorzy: Pazdan K. , Pielichowska K. , Gryń K. , Chłopek J.

Warianty tytułu

EN

Synthesis and characterization of hydrogel chitosan/laponite nanocomposites for bone tissue engineering

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie nowego wielofunkcyjnego biomateriału do regeneracji tkanki kostnej, spełniającego wymagania stawiane przez nowe trendy w medycynie regeneracyjnej. Biorąc pod uwagę wymagania związane ze zgodnością biologiczną oraz minimalną szkodliwością implantu dla organizmu ludzkiego, z grupy dostępnych naturalnych i syntetycznych polimerów jako najbardziej obiecujący wybrany został chitozan. Chitozan jest coraz częściej używanym polimerem w zastosowaniach medycznych, takich jak: opatrunki, systemy dostarczania leku, system dostarczania genów, podłoża do regeneracji kości i tkanek miękkich, itp. Istotną zaletą chitozanu jest jego zdolność do tworzenia fazy hydrożelowej i ta właściwość jest wykorzystywana przez naukowców do uzyskiwania nowych biomateriałów. Obecnie hydrożele są używane w zastosowaniach sensorycznych wykorzystujących sygnały temperaturowe, pH, siły jonowej, jonowe czy przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego do wywołania oczekiwanej odpowiedzi. W niniejszej pracy został zastosowany syntetyczny nanokrzemian warstwowy pod nazwą handlową Laponite® XLS zamiast powszechnie stosowanych organicznych środków sieciujących często szkodliwych dla pacjenta. Uzyskane próbki zostały scharakteryzowane za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR), dyfrakcji rentgenowskiej oraz testu nasiąkliwości. Do wstępnego określenia bioaktywności materiałów zastosowano test w warunkach in vitro zaproponowany przez Kokubo. Uzyskane dane poddane ocenie i szczegółowej analizie dały pozytywne i obiecujące wyniki.

EN

The aim of the study was to obtain novel multifunctional biomaterials for bone tissue regeneration fulfilling the requirements imposed by new trends in regenerative medicine. Taking into account that implant has to be biocompatible and less harmful to humans, from a group of available natural and synthetic polymers chitosan was chosen as one of the most promising biomaterials. Chitosan is more and more commonly used in medicine for wound dressings, drug delivery systems, gene delivery systems, scaffolds for bone and soft tissue regeneration etc. Important advantage of chitosan is its ability to create hydrogel phases and this property is used by scientists to obtain novel biomaterials. Nowadays hydrogels are commonly used in sensing applications using temperature, pH, ions, ionic strength or external magnetic field mechanisms to trigger the desired response. Having regarded patient care, synthetic nanoclay (trade name Laponite® XLS) was applied instead of commonly used organic cross--linkers. Obtained specimens were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction and water soaking test. The in vitro test proposed by Kokubo was performed to determine bioactivity of the materials. Obtained data were analyzed in detail and provided positive and promising information.

Słowa kluczowe

PL

chitozan; Laponite®; rusztowanie; regeneracja tkanki kostnej

EN

chitosan; Laponite®; scaffold; bone tissue regeneration

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 17, no. 126
• Strony: 31--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Pazdan K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Pielichowska K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Gryń K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Chłopek J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Sabu T., Kuruvilla J., Malhotra S. K., Goda K., Sreekala M. S.: Polymer Composites:Nanocomposites (Volume 2), Weinheim 2013
• [2] Muller Werner E.G., Wang X., Schroder Heinz C.: Inorganic Polyphosphates:Biologically Active Biopolymers for Biomedical Applications(Chapter 10), Heidelberg 2013
• [3] Shan-hui Hsu, Yu-Bin Chang, Ching-Lin Tsai, Keng-Yen Fu, Shu-Hua Wang, Hsiang-Jung Tseng: Characterization and biocompatibility of chitosan nanocomposites. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 85 (2011) 198-206.
• [4] Pielichowska K., Błażewicz S.: Bioactive polymer/hydroxyapatite (nano)composites for bone tissue regeneration. Advances in Polymer Science 232 (2010) 97-207.
• [5] Miaomiao Liu, Haijia Su, Tianwei Tan: Synthesis and properties of thermo- and pH-sensitive poly(N-isopropylacrylamide)/polyaspartic acid IPN hydrogels. Carbohydrates Polymers 87(2012) 2425-2431.
• [6] Nwe, N. & Stevens, W. F.: Production of fungal chitosan by solid substrate fermentation followed by enzymatic extraction. Biotechnology Letters 24 (2002) 131-134.
• [7] Pachence J. M., Bohrer M. P., Kohn J.: Biodegradable Polymers (Chapter 23), Principles of tissue engineering (Third Edition) (2007) 323-339.
• [8] Malette, W., Quigley, M., and Adicks, E.: Chitosan effect in vascular surgery, tissue culture and tissue regeneration, Plenum Press, New York (1986) 435-442.
• [9] Dash M., Chiellini F., Ottenbrite R.M., Chiellini E.: Chitosan - A versatile semi-synthetic polymer in biomedical applications. Progress in Polymer Science 36 (2011) 981-1014.
• [10] Ta H.T., Dass C.R., Dunstan D.E.: Injectable chitosan hydrogels for localised cancer therapy. Journal of Controlled Release 126 (2008) 205-216.
• [11] Ravichandran R., Sundarrajan S., Venugopal J.R., Mukherjee S., Ramakrishna S.: Advances in Polymeric Systems for Tissue Engineering and Biomedical Applications. Macromolecular Bioscience 12 (2012) 286-311.
• [12] Buenger D., Topuz F., Groll J.: Hydrogels in sensing applications. Progress in Polymer Science 37 (2012) 1678-1719.
• [13] Hennink W.E., van Nostrum C.F.: Novel crosslinking methods to design hydrogels. Advanced Drug Delivery Reviews 64 (2012) 223-236.
• [14] Giri T.K., Thakur A., Alexander A., Ajazuddin, Badwaik H., Tripathi D.K.: Modified chitosan hydrogels as drug delivery and tissue engineering systems: present status and applications. Acta Pharmaceutica Sinica B 2(5) (2012) 439-449.
• [15] http://www.byk.com/; 22-05-2014.
• [16] Ruzicka B., Zaccarelli E.: A fresh look at the Laponite phase diagram. Soft Matter 7 (2011) 1268-1286.
• [17] Yang H., Hua S., Wenbo Wang W., Wang A.: Composite Hydrogel Beads Based on Chitosan and Laponite: Preparation, Swelling, and Drug Release Behaviour. Iranian Polymer Journal 20/6 (2011) 479-490.
• [18] Gaharwar A.K., Schexnailder P.J., Kline B.P., Schmidt G.: Assessment of using Laponite® cross-linked poly(ethylene oxide) for controlled cell adhesion and mineralization. Acta Biomaterialia 7 (2011) 568-577.
• [19] Ghadiri M., Chrzanowski W., Lee W.H., Fathi A., Dehghani F., Rohanizadeh R.: Physico-chemical, mechanical and cytotoxicity characterizations of Laponite®/alginate nanocomposite. Applied Clay Science 85 (2013) 64-73.
• [20] Paluszkiewicz C., Stodolak-Zych E., Kwaitek W., Jeleń P.: Bioactivity of a Chitosan based Nanocaomposite. Journal of Biomimetics, Biomaterials and Tissue Engineering 10 (2011) 95-106.
• [21] Kokubo T., Takadama H.: How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity. Biomaterials 27 (2006) 2907-2915.
• [22] Mucha M.: Chitozan: wszechstronny polimer ze źródeł odnawialnych, WNT, Warszawa 2010.
• [23] Peng Li, Nam Hoon Kim, David Hui, Kyong Yop Rhee, Joong Hee Lee,: Improved mechanical and swelling behavior of the composite hydrogels prepared by ionic monomer and acid-activated Laponite, Applied Clay Science 46 (2009) 414-417.
• [24] Sakurai K., Maegawa T., Takahashi T.: Glass transition temperature of chitosan and miscibility of chitosan/poly(N-vinyl pyrrolidone) blends. Polymer 41 (2000) 7051-7056.
• [25] Wen Zeng, Jinghui Huang, Xueyu Hu, Wei Xiao, Mengyao Rong, Zhi Yuan, Zhuojing Luo: Ionically cross-linked chitosan microspheres for controlled release of bioactive nerve growth factor. International Journal of Pharmaceutics 421 (2011) 283-290.

Uwagi

PL

Badania finansowane w ramach badań statutowych 11.11.160.616 Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH w Krakowie.