Porównanie skuteczności różnych metod wprowadzania porów do biomateriału na bazie ceramiki hydroksyapatytowej

• Autorzy: Syta E. , Kazimierczak P. , Stadnicka G. , Pałka K. , Ginalska G. , Przekora A.

Warianty tytułu

EN

A comparison of the effectiveness of various methods for pore introduction into hydroxyapatite-based biomaterial

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Wysoka makroporowatość biomateriału, która sprzyja procesowi angiogenezy, ma największy wpływ na dobrą osseointegrację implantu z kością pacjenta. W niniejszej pracy porównano skuteczność trzech różnych metod wprowadzania porów do biomateriału polimerowo-ceramicznego w celu wykorzystania go do zastosowań w medycynie regeneracyjnej kości. W ramach badań modelowy biomateriał zbudowany z agarozy i bioceramiki w postaci nanoproszku hydroksyapatytowego został wyprodukowany przy pomocy trzech alternatywnych metod z wykorzystaniem: 1. porogenów stałych (ang. porogen leaching, P-L), 2. gazu CO2 jako porogenu (ang. gas-foaming, G-F) i 3. procesu liofilizacji (ang. freeze-drying, F-D). Następnie porównano mikrostrukturę oraz porowatość otrzymanych biomateriałów. Wyniki badań wykazały, że biomateriał wytworzony metodą F-D posiada największą porowatość otwartą i całkowitą oraz charakteryzuje się obecnością porów zespolonych, które w warunkach ustrojowych stymulują proces angiogenezy. Ponadto technika F-D jako jedyna umożliwia równomierną dystrybucję porów w obrębie całej próbki.

EN

High macroporosity of the biomaterial, which is crucial for the angiogenesis process, has a great impact on good osseointegration of the implant with patient bone. In this study, effectiveness of three various methods for pore introduction into polymer-ceramics biomaterial for potential bone regenerative medicine applications was compared. Within the research, a model biomaterial made of agarose and bioceramics in the form of nanohydroxyapatite powder was produced using: (i) a porogen leaching method (P-L), (ii) CO2 gas as a porogen (gas-foaming method, G-F), and (iii) the lyophilisation process (freeze-drying method, F-D). Then, the microstructure and porosity of fabricated biomaterials were compared. Obtained results demonstrated that the biomaterial produced by the F-D method possesses the highest open and total porosity as well as is characterized by the presence of network of interconnected pores, which in physiological conditions stimulates the angiogenesis process. Moreover, F-D technique is the only one that allows for uniform distribution of pores within whole volume of the sample.

Słowa kluczowe

PL

porowatość; bioceramika; mikrotomografia komputerowa; medycyna regeneracyjna

EN

porosity; bioceramics; computed microtomography; regenerative medicine

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 2
• Strony: 89--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Syta E.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. W. Chodźki 1, 20-093 Lublin

autor

Kazimierczak P.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. W. Chodźki 1, 20-093 Lublin

autor

Stadnicka G.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. W. Chodźki 1, 20-093 Lublin

autor

Pałka K.

• Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Materiałowej, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin

autor

Ginalska G.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. W. Chodźki 1, 20-093 Lublin

autor

Przekora A.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. W. Chodźki 1, 20-093 Lublin

Bibliografia

• [1] Kim, B. S., Baez, C. E., Atala, A.: Biomaterials for Tissue Engineering, World J. Urol., 18, (2000), 2-9.
• [2] Leong, K. F., Chua, C. K., Sudarmadji, N., Yeong, W. Y.: Engineering Functionally Graded Tissue Engineering Scaffolds, J. Mech. Behav. Biomed. Mater., 1, (2008), 140-152.
• [3] Bose, S., Roy, M., Bandyopadhyay, A : Recent Advances in Bone Tissue Engineering Scaffold, Trends Biotechol., 30, (2012) 546-554.
• [4] Gardin, C, Ferroni, L. Favero, L, Stellini, E., Stomaci, D, Sivolella, S., Bressan, E., Zavan, B.: Nanostructured Biomaterials for Tissue Engineered Bone Tissue Reconstruction, Int. J. Mol. Sci., 13, (2012), 737-757.
• [5] Yu, X., Tang, X., Gohil, S. V., Laurencin, C. T.: Biomaterials for Bone Regenerative Engineering, Adv. Healthc. Mater., 4, (2015), 1268-1285.
• [6] Sachot, N., Engel, E., Castano, O.: Hybrid Organic-Inorganic Scaffolding Biomaterials for Regenerative Therapies, Curr. Org. Chem., 18, (2014), 2299-2314.
• [7] Annabi, N., Nichol, J. W., Zhong, X., Ji, C., Koshy, S., Khademhosseini, A., Dehghani, F.: Controlling the Porosity and Microarchitecture of Hydrogels for Tissue Engineering, Tissue Eng. Part B Rev., 16, (2010), 371-383.
• [8] Subia, B., Kundu, J., Kundu, S. C.: Biomaterial Scaffold Fabrication Techniques for Potential Tissue Engineering Applications, in Tissue Engineering, Eberli D. (Ed.): Wyd. InTech, (2010) Chapter 7, DOI: 10.5772/8581.
• [9] Kar, S., Kaur, T., Thirugnanam, A.: Microwave-Assisted Synthesis of Porous Chitosan-Modified Montmorillonite-Hydroxyapatite Composite Scaffolds, Int. J. Biol. Macromol., 82, (2016), 628-636.
• [10] Vreeker, R., Li, L., Fang, Y., Appelqvist, I., Mendes, E.: Drying and Rehydration of Calcium Alginate Gels, Food Biophys., 3, (2008), 361-369.
• [11] Przekora, A., Pałka, K., Ginalska, G.: Biomedical Potential of Chitosan/HA and Chitosan/β-1,3-glucan/HA Biomaterials as Scaffolds for Bone Regeneration – A comparitive Study, Mater. Sci. Eng. C, Mater. Biol. Appl., 58, (2016), 891-899.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).