Bioaktywne materiały ceramiczne dla inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej

• Autorzy: Czechowska J. , Ślósarczyk A.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecnie wszystkie obszary medycyny regeneracyjnej skupiają się na poprawie jakości życia ludzkiego, poprzez zastępowanie brakujących lub uszkodzonych tkanek i organów na drodze odbudowy odpowiednich struktur organizmu. Nowa, w pełni funkcjonalna, żywa tkanka wytwarzana jest na bazie komórek, zazwyczaj osadzonych na matrycy lub skafoldzie, wspomagających jej rozwój. Nasz artykuł stanowi krótki przegląd literatury dotyczącej bieżących badań nad biomateriałami przeznaczonymi dla medycyny regeneracyjnej. Ze względu na szeroki zakres tematyki poszczególne książki oraz artykuły z tego obszaru nauki skupiają się na różnorodnych aspektach medycyny regeneracyjnej, natomiast poniższy artykuł stanowi ogólne omówienie bioceramicznych skafoldów przeznaczonych do odbudowy tkanki kostnej. Zaprezentowano w nim między innymi definicję inżynierii tkankowej oraz podział medycyny regeneracyjnej. W wyniku poważnego uszkodzenia tkanki zniszczeniu ulegają zarówno komórki jak też tzw. macierz zewnątrzkomórkowa (extracellural matrix, ECM). Ponieważ tkanki są wysoko zorganizowanymi strukturami, składającymi się nie tylko z komórek ale również z matrycy, dlatego w celu wytworzenia nowej tkanki należy zapewnić im syntetyczny lub naturalny substytut macierzy zewnątrzkomórkowej. Skafold stanowi trójwymiarowy substytut ECM służący jako konstrukcja niezbędna dla adhezji, proliferacji i migracji komórek. Prezentowany artykuł zawiera podstawowe informacje oraz wskazówki dotyczące projektowania systemów zapewniających uzyskanie prawidłowo funkcjonujących tkanek. Właściwości fizykochemiczne oraz biologiczne materiału, takie jak: biozgodność, bioaktywność, bioresorbowalność, chemia powierzchni, właściwości mechaniczne czy porowatość, są kluczowe do osiągnięcia sukcesu w aplikacji rusztowań komórkowych. Przedstawione zostały różne metody otrzymywania skafoldów charakteryzujących się odpowiednią porowatością i rozkładem wielkości porów. W artykule przedyskutowane oraz podsumowane zostały zagadnienia dotyczące charakterystyki materiału oraz możliwości osiągnięcia odpowiedniego składu, mikrostruktury i chemii powierzchni, którym należy sprostać, aby spełnić oczekiwania stawiane idealnym biomateriałom dwudziestego pierwszego wieku przeznaczonym na skafoldy kostne.

EN

Nowadays whole fields of regenerative medicine have a main aim to improve the quality of human life by replacing missing or damaged tissues and organs through rebuilding suitable body structures. The new, fully functional living tissue is fabricated using cells which are usually associated with matrix or scaffold to guide tissue development. Our article is a brief review of the literature regarding current research focused on the biomaterials for regenerative medicine. While certain, accessible books and journal articles address various aspects in the above broad field of science, this is the comprehensive text focusing on the bioceramic scaffolds for bone tissue engineering. Among others the definition of tissue engineering and classification of regenerative medicine was presented. When the tissue is severely damaged not only large number of cells but also extracellular matrix (ECM), are lost. Because tissue represent highly organized structure consisting of cells but also a matrice we should provide an artificial or biologically derived matrice substitute for cells to create a new tissue. Scaffold servers as a three dimensional ECM analog which acts as a construction required for adhesion, proliferation and migration of cells. Presented article includes basic information and suggestion for developing systems needed to produce properly functioning tissues. The physicochemical and biological properties of the material, such as: biocompatibility, bioactivity, biodegradability, surface chemistry, mechanical properties and porosity are inherent in the success of the scaffold application. Various methods of obtaining scaffolds with appropriate porosity and pore size distribution were presented. The article discuss and summarized challenges according to material characteristic and the opportunities for tailoring their composition, microstructure and surface chemistry to meet the properties of ideal biomaterials for twenty-first century bioceramic scaffolds.

Słowa kluczowe

PL

medycyna regeneracyjna; inżynieria tkankowa; ceramika bioaktywna; skafold

EN

regenerative medicine; tissue engineering; bioactive ceramics; scaffold

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 62, nr 3
• Strony: 17--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Czechowska J.

autor

Ślósarczyk A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków

Bibliografia

• [1] Habibovic P., de Groot K., Osteoinductive biomaterials - properties and relevance in bone repair, Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine (2007) 1: 25-32.
• [2] Pamuła E., Biomateriały dla inżynierii tkankowej: badania nad kształtowaniem struktury i właściwości biologicznych poliestrów alifatycznych, Pol. Stow. Biom., Prace Monograficzne - Inżynieria Biomateriałów vol.1, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków, 2008.
• [3] van Blitterswijk C., Tissue Engineering of Bone, Academic Press, Canada 2008.
• [4] S. Błażewicz, L. Stoch, Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, Tom 4, Biomateriały, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2003, 99-156, 237-255.
• [5] Kokubo T., Bioceramics and their clinical applications, Boca Raton CRS Press, Woodheaed Publishing Limited, Cambridge, 2008.
• [6] Ślósarczyk A., Potoczek M., Paszkiewicz Z., Zima A., Lewandowska-Szumieł M., Chróścicka A., Otrzymywanie, charakterystyka i ocena biologiczna wysokoporowatej bioceramiki hydroksyapatytowej, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 62 [2] (2010) 224-229.
• [7] Habibovic P., Kruyt MC., Juhl M.V., Clyens S., Martinetti R., Dolcini L., Theilgaard N., van Blitterswijk C.A., Comparative in vivo study of six hydroxyapatite-based bone graft substitutes, Journal of Orthopaedic Research 26 [10] (2008) 1363-70.
• [8] Ślósarczyk A., Zima A., Paszkiewicz Z., Szczepaniak J., De Aza A.H., Chróścicka A., The influence of titanium on physico-chemical properties of Ti-modified hydroxyapatite materials, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 62 [3] (2010).
• [9] Ślósarczyk A.-praca monograficzna, niepublikowana.
• [10] Stodolak E., Badania nad modyfikacją powierzchniową i wpływem włókien na materiał polimerowy i odpowiedź komórkową, Praca doktorska AGH, Kraków, 2006.
• [11] Dietmar W. Hutmacher, Scafolds in tissue engineering bore and cartilage, Biomaterials 21 (2000) 2529 - 2543.
• [12] Ma X, Peter (Ann Arbor, MI), Reverse fabrication of porous materials, United States Patent 6673285.
• [13] Bartolo P.J., Chua C.K., Almeida H.A., Chou S.M., Lim A.S.C. Biomanufacturing for tissue engineering: Present and future trends, Virtual and Physical Prototyping, 4 [4] (2009) 203-216.