Bio-Inspiered Blood-Contacting Materials Elaborated For The Heart Assist System

• Autorzy: Major R.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0375

Warianty tytułu

PL

Inspirowane biologicznie materiały do kontaktu z krwią dedykowane dla systemu wspomagania serca

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the main achievements of the author on the development of blood contacting materials. The main objective of the work is to elaborate materials dedicated for the heart support systems. Appropriately designed biomaterial surfaces enable fully controlled cellular differentiation, proliferation, and even restoration of the tissue structure on solids. The paper presents two approaches to modify the surface, which can control the life processes of tissue. The first solution considers the topography in the form of cell niches. The main objective of the study is a modified surface of thin films deposited on the polymer substrate constituting the microenvironment for the cells caused by residual stress and optimized stiffness of the surface using the plasma methods. The research hypothesis was the plasma surface modification method generating a controlled contribution of residual stress in the coating affect the surface topography in the form of nano- wrinkles similar to the niches in the tissue environment. Topography and stiffness of the surface coating allows the targeted cellular differentiation. The properly formed surface topography effectively inhibits blood clotting processes. The second solution considers implementation of self-organizing feature of extracellular matrix like coatings and selective cell mobilization. The multiscale analysis and phenomenologic description were performed to experimental research. For this purpose, the deposition method was based on electrostatic interactions in polyelectrolytes. This type of cell-polymer structure imitate the native structures.

PL

Praca przedstawia najważniejsze osiągniecia autora dotyczące rozwoju materiałów do kontaktu z krwią. Głównym celem prowadzonych prac są materiały o przeznaczeniu w komorach wspomagania serca. Odpowiednio zaprojektowana powierzchnia biomateriału umożliwia w pełni kontrolowane różnicowanie komórkowe, proliferację i nawet odtworzenie struktury tkanki na ciele stałym. W pracy przedstawiono dwa podejścia modyfikacji powierzchniowej, które pozwalają sterować procesami życiowymi tkanki. Pierwszym rozwiązaniem są powłoki o topografii nisz komórkowych. Celem głównym badań jest zmodyfikowana powierzchnia materiałów cienkowarstwowych nałożonych na podłoże polimerowe stanowiąca mikrośrodowisko dla wychwytu i kontrolowanego różnicowania komórek uzyskane przez odpowiedni udział naprężeń własnych i zoptymalizowaną sztywność powierzchniową. Ukierunkowana mikrostrukturą i właściwościami powierzchniowymi monowarstwa hamuje procesy wykrzepiania krwi. Drugie rozwiązanie dotyczy powłok o strukturze macierzy zewnątrzkomórkowej. Celem badań jest wieloskalowa analiza i opis fenomenologiczny samoorganizujących się powłok z funkcją selektywnej mobilizacji komórkowej. Jest to nowoczesne podejście na poziomie badań eksperymentalnych, dotyczące wytworzenia materiałów biologicznie kompozytowych i ich kompleksowej analizy z wykorzystaniem metod inżynierii materiałowej i inżynierii biomedycznej. Do tego celu została zastosowana metoda oparta o oddziaływania elektrostatyczne. Tego typu komórkowo-polimerowa struktura imituje struktury natywne tkanek.

Słowa kluczowe

EN

surface modification; cell-material interaction; tissue precursors; materials for regenerative medicine

PL

modyfikacja powierzchni; interakcje komórka-materiał; materiały dla medycyny regeneracyjnej

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3
• Strony: 2279–2287
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Major R.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, 30-059 Krakow, 25 Reymonta St., Poland

Bibliografia

• [1] A. Kapis, M. Czak, R. Kustosz, M. Gawlikowski, New extracorporeal cardiac support system ReligaHeart EXT (in Polish), in: R. Kustosz, M. Gonsior, A. Jarosz, Eds. Polish artificial heart, the development of design, qualification, preclinical and clinical tests (in Polish) 2013, Epigraf s.c. (2013).
• [2] W. R. Wagner, H. S. Borovetz, B. P. Griffith, Implantable Cardiac Assist Devices in: B.D.Ratner, A.S.Hoffman, F.J.Schoen, J.E.Lemons, Eds. Biomaterials Science Elsevier (2004).
• [3] A. Laha, S. Bhattacharyya, S. B. Krupanidhi, Materials Science and Engineering B. 106, 111 (2004).
• [4] J. A. Thornton, Ann. Res. Mat. Sci. 7, 239 (1977).
• [5] J. M. Lackner, Vacuum. 78, 73 (2005).
• [6] J. M. Lackner, Industrially – scaled hybrid Pulsed Laser Deposition at Room Temperature, Cracow 2005.
• [7] K. Mylvaganam, L. C. Zhang, Thin Solid Films. 425, 145 (2003).
• [8] J. M. Lackner, W. Waldhauser, R. Major, B. Major, F. Bruckert, Biomedizinische Technik 55 (1), 57 (2010).
• [9] Y. Ohta, D. C. Otsuka, H. Okamoto, J Artif Organs. 6, 101 (2003).
• [10] T. Tsyganov, M. F. Maitz, E. Wieser, E. Richter, H. Reuther, Surface & Coatings Technology. 200, 1041 (2005).
• [11] K. Cai, J. Bossert, K.D. Jandt, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 49, 136 (2006).
• [12] N. B. Naduvinamani, P. S. Hiremath, G. Gurubasavaraj, Tribology International 38, 451 (2005).
• [13] T. W. Chung, D. Z. Liu, S. Y. Wang, S. S. Wang, Biomaterials 24, 4655 (2003).
• [14] N. Mirhosseini, P. L. Crouse, M. J. J. Schmidth, L. Li, D. Garrod, Applied Surface Science 253, 7738 (2007).
• [15] F. Rupp, L. Scheideler, D. Rehbein, D. Axmann, J. Geis-Gerstorfer, Biomaterials 25, 1429 (2004).
• [16] B. Chehroudi, D. M. Brunette, Biomaterials 23, 229 (2002).
• [17] M. Trtica, B. Gakovic, D. Batani, T. Desai, P. Panjan, B. Radak, Applied Surface Science 253, 2551 (2006).
• [18] D. Khang, J. Lu, C. Yao, K. M. Haberstroh, T. J. Webster, Biomaterials 29, 970 (2008).
• [19] M. Lange, K. Meriwether, K. Tibbetts, J. F. Connely, A. Zellmer, Anatomy Physiology: The Unity of Form and Function, New York 2012.
• [20] L. Richert, Y. Arntz, P. Schaaf, J. C. Voegel, C. Picart, Surface Science 570, 13 (2004).
• [21] T. Boudou, T. Crouzier, K. Ren, G. Blin, C. Picart, Advanced Materials 22, 441 (2010).
• [22] N. Angelova, D. Hunkeler, Trends in Biotechnology 17, 409 (1999).
• [23] R. Major, Journal of Materials Science: Materials in Medicine 24, 725 (2013).
• [24] G. Decher, Science 277, 1232 (1997).
• [25] G. Decher, J. D. Hong, J. Schmitt, Thin Solid Films 210/21, 831 (1992).
• [26] C. Picart, B. Senger, K. Sengupta, F. Dubreuil, A. Fery, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 303, 30 (2007).
• [27] R. Major, K. Trembecka-Wojciga, J. M. Lackner, B. Butruk, M. Sanak, B. Major, Journal of Materials Science: Materials in Medicine (in press).
• [28] J. M. Lackner, M. Kahn, W. Waldhauser, Vacuum 86(2), 144 (2011).
• [29] J. M. Lackner, M. Wiesinger, R. Kaindl, W. Waldhauser, D. Heim, P. Hartmann, Plasma Chem Plasma Process 34, 259 (2014).
• [30] K. Trembecka-Wojciga, R. Major, F. Bruckert, J. M. Lackner, P. Lacki, M. Sanak, B. Major. Archives of Civil and Mechanical Engineering 10.1016/j.acme.2014.12.005, (2015).
• [31] A. Mzyk, R. Major, M. Kot, J. Gostek, P. Wilczek, B. Major, Archives of Civil and Mechanical Engineering 14, 262 (2014).
• [32] M.V. Sefton, C. H. Gemmel, Nonthrombogenic treatments and strategies, in: B.D.Ratner, A.S.Hoffman, F.J.Schoen, J.E.Lemons, Biomaterials Science Elsevier (2004).
• [33] R. Major, F. Bruckert, J. M. Lackner, J. Marczak, B. Major, The Royal Society of Chemistry; Advances 4, 9491 (2014).
• [34] A. Mzyk, R. Major, J. M. Lackner, F. Bruckert, P. Wilczek, B. Major, The Royal Society of Chemistry; Advances 5, 13906 (2015).
• [35] A. Mzyk, R. Major, J. M. Lackner, F. Bruckert, B. Major, The Royal Society of Chemistry; Advances 4, 31948 (2014).
• [36] M. Sanak, B. Jakiela, W. Wegrzyn, Bull Pol Acad Sci Tech Sci. 58(2), 317 (2010).
• [37] T. Xie, A. C. Spradling. Science. 290(5490), 328 (2000).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.