Obrazowanie trójwymiarowych rusztowań kostnych zasiedlonych komórkami macierzystymi

• Autorzy: Szlązak K. , Chlanda A. , Rębiś J. , Idaszek J. , Kublik Ż. , Jaroszewicz J. , Woźniak M. J. , Święszkowski W.

Warianty tytułu

EN

Three-dimensional imaging of bone scaffolds seeded with stem cells

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pierwszym etapie niniejszej pracy wytworzono i zasiedlono agregatami komórek macierzystych innowacyjne biomateriały. Rusztowania wykonano z mieszaniny poli(3-hydroksymaślanu-ko-3-hydroksywalerianu) (PHBV), poli(L-laktydu-ko-glikolidu) (PLGA) oraz trójfosforanu wapnia (TCP). W drugim etapie pracy, scharakteryzowano wytworzone biomateriały wykorzystując techniki rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej z użyciem środka kontrastującego. Poddano je także analizie powierzchniowej przy pomocy mikroskopu sił atomowych. Wyniki odniesiono do materiału referencyjnego, którym były rusztowania wykonane z PHBV i PLGA. Mikrotomografia komputerowa zapewniła wnikliwą ocenę struktury rusztowań kostnych. Oprócz obrazowania komórek macierzystych umożliwiła obserwację mikrostruktury w całej objętości badanego materiału w 3D. Kolejną techniką szeroko stosowaną do badań rusztowań polimerowych była mikroskopia sił atomowych. Umożliwiła ona wizualną ocenę topografii badanych materiałów oraz analizę ich chropowatości. Wytworzone rusztowania kostne miały odpowiednie parametry dla proliferacji komórek macierzystych. Wyniki niniejszej pracy wykazały, że tomografia komputerowa jest odpowiednim narzędziem do obrazowania komórek macierzystych zasiedlonych na porowatych biomateriałach. Dodatkowo stwierdzono, że specjalnie modyfikowane sondy skanujące umożliwiły dokładniejszy w stosunku do standardowych pomiar chropowatości powierzchni rusztowań.

EN

The first stage of this study involved the preparation and seeding of innovative biomaterials with stem cell Scaffolds through a mixture of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroksy-valerat) (PHBV), poly (L-lactide-co-glycolide) (PLGA) and tricalcium phosphate (TCP). In the second stage, biomaterials were characterized using a X-ray computed microtomography (CT) with a contrast agent. They were also subjected to surface analysis using atomic force microscopy. The results were compared to the reference material, of a PHBV/PLGA composite scaffold. The computed microtomography ensured rigorous assessment of the bone scaffold structure. Apart from stem cell imaging it also enabled the observation of the microstructure in the entire volume of the material in 3D. Another technique used to study polymeric scaffold was atomic force microscopy (AFM). It allowed for the visual assessment of the topography of the tested materials, as well as the analysis of their surface roughness. The tested bone scaffolds showed appropriate parameters for stem cell proliferation. The results of this study indicated that tomography is a suitable tool for the imaging of stem cell seeding on porous biomaterials. In addition, we couclude that specially modified scanning probes enabled more accurate surface roughness measurements.

Słowa kluczowe

PL

inżynieria biomedyczna; biomateriał; materiał polimerowy; rusztowania polimerowe; rusztowania kompozytowe; rusztowania kostne; komórki macierzyste; obrazowanie; PHBV; PLGA; TCP

EN

biomedical engineering; biomaterial; polymeric material; polymeric scaffolds; composite scaffolds; bone scaffolds; stem cells; imaging; PHBV; PLGA; TCP

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Przetwórstwo Tworzyw
• Rocznik: 2014
• Tom: [R.] 20, nr 1 (157)
• Strony: 100--109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szlązak K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Chlanda A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Rębiś J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Idaszek J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Kublik Ż.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Jaroszewicz J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Woźniak M. J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej, Uczelniane Centrum Badawcze Politechniki Warszawskiej

autor

Święszkowski W.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• [1] Red. R. Tadeusiewicz i P. Augustyniak, Podstawy inżynierii biomedycznej, tom 2, Kraków: Wyd. AGH, 2009.
• [2] A. Kaźnica, R. Joachimiak, T. Drewa, T. Rawo i J. Deszczyński, New trends in tissue engineering, Arthtoscopy and Joint Surgey, 2007; 3(3): 11-16.
• [3] red. M. Nałęcz, Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna, T. 4. Biomateriały, Red., Warszawa: Wyd. EXIT, 2003.
• [4] S. N. Lakshmi i T. L. Cato, Biodegradable polymers as biomaterials, Prog. Polym. Sci. 32, 2007, (762-789).
• [5] W. Pradel, The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants 2005, 20(6):560-866.
• [6] E. Baas, J. H. Kuiper, Y. Yang, M. A. Wood i A. J. El Haj, In vitro bone growth responds to local mechanical strain in three-dimensional polymer scaffolds, Journal of Biomechanics 43 (2010) 733-739.
• [7] G. H. van Lenthe, H. Hagenmuller, M. Bohner, S. J. Hollister, L. Meinel i R. Muller, Nondestructive micro-computed tomography for biological imaging and quantification of scaffold-bone interaction in vivo, Biomaterials 28 (2007) 2479-2490.
• [8] P. J. Vezeau, G. F. Koorbusch, R. A. Draughn i J. C. Keller, Effects of multiple sterilization on surface characteristics and in vitro biologic responses to titanium, J Oral Maxillofac Surg., 1996 Jun; 54(6): 738-46.
• [9] A. A. H. Gamal, E. Kamel, A. S. Mohammed, A. B. Yehia, M. S. A. Marwa i H. S. Nahed, Laser Surface Modification of Poly (ε-caprolactone) Scaffold for Artificial Skin Applications, American Journal of Biomedical Sciences, 2013.
• [10] E. V. Martin, Surface roughness modification of bone tissue engineering scaffolds by electrochemical etching: optimization and quantitative characterization, 2011.
• [11] K. Rożniatowski i J. Rębiś, Atomic force microscopy - new quality of measurements, Towaroznawcze problemy jakości, (2013), Vol. 34.
• [12] R. R. L. De Oliveira, D. A. C. Albuquerque, T. G. S. Cruz, F. M. Yamaji i F. L. Leite, Measurement of the Nanoscale Roughness by Atomic Force Microscopy: Basic Principles and Applications, Atomic Force Microscopy - Imaging, Measuring and Manipulating Surfaces a.
• [13] J. D. Miller, S. Veeramasuneni, J. Drelich i M. R. Yalamanchili, Effect of Roughness as Determined by Atomic Force Microscopy on the Wetting Properties of PTFE Thin Films, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, 1996, Vol. 36, No. 14.
• [14] M. Munz, Microstructure and roughness of photopolymerized poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogel as measured by atomic force microscopy in amplitude and frequency modulation mode, Applied Surface Science, Volume 279, 15 August 2013, p. 300-309.
• [15] F. Feng, K. Shi, S. Z. Xiao, Y. Y Zhang, Z. J. Zhao, Z. Wang, J. J. Wei i Z. Han, Fractal analysis and atomic force microscopy measurements of surface roughness for Hastelloy C276 substrates and amorphous alumina buffer layers in coated conductors, App.
• [16] M. J. Vasille, D. A. Grigg, J. E. Griffith, A. Fitzgerald i P. E. Russel, Scanning probe tips formed by focused ion beam; Review of Scientific Instruments; Volume 62, Issue 9, 1991, p. 2167-2171.
• [17] M. Bale i R. E. Palmer, Microfabrication of silicon tip structures for multiple probe scanning tunneling microscopy; Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, Volume 20, Issue 1, January 2002, p. 364-369.
• [18] M. Kanechika, N. Sugimoto i Y. Mitsushima, Study on a condition for the formation of high density of silicon needles with high aspect ratio; Journal of Vacuum Science & Technology B, Volume 20, Issue 5, September 2002; p. 1843-1846.
• [19] J. Idaszek, M. Zinn, M. Obarzanek-Fojt, V. Zell, W. Swieszkowski i A. Bruinink, Tailored degradation of biocompatible poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/calcium silicate/poly(lactide-co-glycolide) ternary composites: An in vitro study, Materials Science and Engineering, C 33 (2013) 4352-4360.
• [20] R. Mizutani i Y. Suzuki, X-ray microtomography in biology, Micron 43 (2012) 104-115.