Elektroprzędzenie i liofilizacja jako metody otrzymywania podłoży dla inżynierii tkankowej

• Autorzy: Domalik-Pyzik P. , Morawska-Chochół A. , Wrona A. , Chłopek J. , Rajzer I.

Warianty tytułu

EN

Electrospinning and freeze-drying as methods for fabrication of tissue engineering scaffolds

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Inżynieria tkankowa to interdyscyplinarną dziedziną, której celem jest opracowanie biologicznych substytutów pozwalających na zastąpienie i regenerację uszkodzonej tkanki. Bardzo ważnym jej elementem są podłoża, które stanowią rusztowanie umożliwiające wzrost i różnicowanie się odpowiednich komórek. Przedmiotem niniejszych badań było wytworzenie podłoży z polilaktydu i polikaprolaktonu. Materiały te formowano w dwóch procesach: na drodze elektro-przędzenia z roztworu polimeru oraz poprzez liofilizację, czyli suszenie sublimacyjne. Uzyskano w ten sposób podłoża o różnych właściwościach mechanicznych i mikrostrukturze. Wykazano zasadniczy wpływ metody i parametrów otrzymywania podłoży na ich końcowe właściwości. Wynikiem elektroprzędzenia są materiały włókniste o dużej odkształcalności, podczas gdy liofilizacja prowadzi do wytworzenia porowatych materiałów o wyższej wartości wytrzymałości mechanicznej i modułu Younga. Znaczący wpływ na parametry mechaniczne ma także forma podłoży nanowłóknistych. Podłoża w kształcie rurki cechują się wyższymi parametrami mechanicznymi niż w kształcie płaskich mat. Dodatkowo, wzrost wytrzymałości uzyskano poprzez owinięcie rurek włóknami alginianowymi. Połączenie metod elektroprzędzenia i liofilizacji prowadzi do wytworzenia asymetrycznych podłoży o wyższych parametrach mechanicznych. Metodą elektroprzędzenia otrzymano nanowłókniste materiały w formie mat i rurek, nadające się na podłoża do regeneracji naczyń krwionośnych. Liofilizacja pozwoliła natomiast na wytworzenie podłoży o różnej porowatości i morfologii. Dzięki połączeniu obu metod otrzymano asymetryczne podłoża PLAel/PCL40, które mogą znaleźć zastosowanie w sterowanej regeneracji tkanki kostnej.

EN

Tissue engineering is an interdisciplinary field which purpose is to produce biological substitutes able to replace and regenerate damaged tissue. Scaffolds are very important components because they allow growth and proliferation of appropriate cells. The purpose of this study was to manufacture different scaffolds using polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL). Materials were formed in two processes: electrospinning of a polymer solution and freeze-drying. Therefore it was possible to obtain scaffolds with various mechanical properties and microstructure. The influence of scaffold fabrication method and parameters on its final properties was demonstrated. Electrospinning outcomes were fibrous materials with high deformability, while freeze-drying led to fabrication of porous materials with higher mechanical strength and Young's modulus. The shape of nanofibrous scaffolds had also a significant influence on their mechanical properties. Scaffolds in the shape of a tube were characterized by higher mechanical properties than those in the shape of flat mats. Additional increase in mechanical strength has been achieved by wrapping the tubes with alginate fibers. Combination of electrospinning and freeze-drying contributed to formation of asymmetric scaffolds with better mechanical properties. Nanofibrous materials in the shape of mats and tubes, suitable for vascular engineering scaffolds were fabricated by electrospinning, while freeze-drying allowed for fabrication of scaffolds varying in porosity and morphology. Asymmetric PLAel/PCL40 scaffolds suitable for guided bone regeneration (GBR) were manufactured as a result of combining two above-mentioned methods.

Słowa kluczowe

PL

elektroprzędzenie; liofilizacja; polilaktyd; polikaprolakton

EN

electrospinning; freeze-drying; polylactide; polycaprolactone

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 120
• Strony: 2--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Domalik-Pyzik P.

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

autor

Morawska-Chochół A.

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

autor

Wrona A.

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

autor

Chłopek J.

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

autor

Rajzer I.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Katedra Podstaw Budowy Maszyn, Zakład Inżynierii Materiałowej, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała

Bibliografia

• [1] O'Brien F.J.: Biomaterials & scaffolds for tissue engineering. Materials Today 14(3) (2011) 88-95.
• [2] Chan B.P., Leong K.W.: Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations. Eur Spine J. 17(4) (2008) 467-479.
• [3] Lu T., Li Y., Chen T.: Techniques for fabrication and construction of three-dimensional scaffolds for tissue engineering. International Journal of Nanomedicine 8 (2013) 337-350.
• [4] Sill T.J., Recum H.A.: Electrospinning: Applications in drug delivery and tissue engineering. Biomaterials 29(13) (2008) 1989-2006.
• [5] Lannutti J., Reneker D., Ma T., Tomasko D., Farson D.: Electrospinning for tissue engineering scaffolds. Materials Science and Engineering: C 27(3) (2007) 504-509.
• [6] Sultana N., Wang M.: PHBV/PLLA-based composite scaffolds fabricated using an emulsion freezing/freeze-drying technique for bone tissue engineering: surface modification and in vitro biological evaluation. Biofabrication 4 (2012) 015003.

Uwagi

PL

Praca była finansowana z badań statutowych nr 11.11.160.256 Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.