Głównym celem pracy jest badanie właściwości biologicznych kompozytów polimerowych otrzymanych w procesie wytłaczania i wtrysku. Do badań użyto medycznego polietylenu o wysokiej gęstości, HDPE. Jako fazę modyfikującą zastosowano nanocząstki srebra, nAg. Właściwości biologiczne materiałów zostały ocenione w wyniku testu cytotoksyczności, żywotności/proliferacji komórek oraz testu działania przeciwbakteryjnego. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że materiały kompozytowe zawierające nanocząstki srebra nie wykazują działania cytotoksycznego wobec komórek osteoblastycznych i fibroblastów ludzkich. Dodatek nanosrebra nie powoduje działania przeciwbakteryjnego zarówno wobec bakterii Gram-dodatnich jak i Gram- -ujemnych. Zwiększanie ilości użytego modyfikatora nie zwiększa działania przeciwbakteryjnego. Komórki osiadłe na próbkach kontrolnych, polimerowych i kompozytowych miały prawidłowy, wrzecionowaty kształt. Zasiedlały ich powierzchnie w dużych ilościach, w sposób równomierny. Zaobserwowano wzrost ilości komórek na powierzchni próbek wraz z zawartością nanocząstek srebra, co związane jest ze wzrostem chropowatości powierzchni.
EN
The main aim of this research is the examination of biological properties of polymer composites obtained in the process of extrusion and injection molding. It has been decided to use high-density medical polyethylene (HDPE) as a matrix, which afterwards has been modified with silver nanoparticles. Biological properties have been examined during cytotoxicity tests, cell viability/cell proliferation tests and antibacterial activity tests. Based on obtained results, it has been proved that composites with addition of silver nanoparticles do not cause cytotoxic effect on osteoblast cells and human fibroblasts, concerning both Gram-positive and Gram-negative bacteria. The increasing amount of modifier does not increase antibacterial activity. The control samples were characterized by high proliferation rate and evenly distributed cells of proper, spindle-like shape. The surface was settled with cells evenly and densely. It has been observed that amount of silver nanoparticles affects cells proliferation what is related to increasing surface roughness.
Nanokompozyty polimerowe stanowią szeroką grupę materiałów znajdujących zastosowanie zarówno w wielu gałęziach przemysłu, jak i w medycynie. Fenomen nanokompozytów związany jest z łatwością modyfikacji ich cech materiałowych będących pochodną właściwości zarówno samego polimeru, jak i zastosowanego nanododatku. Pozwala to na projektowanie oraz wytwarzanie materiałów o określonej charakterystyce, adresowanych do konkretnych potrzeb. Celem niniejszej pracy było otrzymanie oraz charakterystyka polimerowych nanokompozytów o właściwościach magnetycznych. Jako osnowę polimerową wykorzystano biozgodny i bioresorbowalny poli(ε-kaprolakton), do którego wprowadzono cząstki magnetytu znajdujące się w dyspersji nanometrycznej. Do przygotowania materiałów zastosowano prostą metodę odlewania filmu/odparowania rozpuszczalnika. W celu zbadania wpływu zawartości nanododatku na właściwości nanokompozytu przygotowano serię materiałów różniących się od siebie ilością wprowadzonych do matrycy polimerowej cząstek magnetycznych (0; 0,5; 1 oraz 2%). Charakterystyka nanokompozytów obejmowała badania własności magnetycznych i powierzchniowych materiałów oraz ocenę ich degradacji oraz biozgodności. Pętle histerezy wprowadzonego do matrycy polimerowej nanododatku oraz otrzymanych nanokompozytów wykazywały przebieg typowy dla multidomenowych materiałów ferrimagnetycznych. Zaobserwowano, że istnieje korelacja pomiędzy wartością namagnesowania nasycenia oraz remanencją, a zawartością cząstek magnetycznych w nanokompozycie. Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że część wprowadzonych cząstek magnetycznych ulega aglomeracji, reszta zaś pozostaje w dyspersji nanometrycznej. Wytworzone materiały nie wykazały toksycznego wpływu na komórki (Normal Human Osteoblast), co pozwala sądzić, że otrzymane nanokompozyty mogłyby zostać wykorzystane w medycynie.
EN
Polymer nanocomposites are a wide group of materials which have applications in many branches of industry as well as in medicine. The phenomenon of nanocomposites is associated with simplicity of modification of their features, which are derived from properties of both the polymer matrix and the nanoadditive. This property enables to design and fabricate materials with strictly defined characteristics, addressed to specific needs. The aim of the presented studies was fabrication and characterization of polymer nanocomposites with magnetic properties. As a polymer matrix, a biocompatible and bioresorbable poly(ε-caprolactone) was used. Magnetite powder with nanometer-sized grain fraction was introduced into the polymer matrix as a magnetic nanoadditive. As a fabrication method casting film/solvent evaporation was applied. In order to examine how amount of magnetic nanoadditive influences the properties of nanocomposites, the series of materials with various concentrations of magnetic particles was prepared (0, 0.5, 1 and 2%). Characterization of materials included magnetic and surface properties investigations as well as evaluation of degradability, and biocompatibility of the fabricated materials. Magnetic hysteresis loops of both the nanoadditive itself and the nanocomposite demonstrate curves typical for multi-domain ferromagnetic materials. Existence of the correlation between the values of magnetic saturation and remanence, and the content of magnetic particles has been observed. Microscopic evaluations have shown that small part of magnetic particles has tendency to agglomerate but the rest remains in nanometric dispersion. For the fabricated materials no cytotoxic influence on the cells was observed (Normal Human Osteoblast). This suggests that obtained nanocomposites could find application in medicine.
The work presents in vitro and in vivo experiments related to the evaluation of the biological properties of the two groups of carbon fibrous (micro, nano) materials. We investigated the carbon materials in the form of a biomimetic scaffolds made from carbon nanotubes and a composite membrane made from carbon micro-fiber and biocompatible polymer to induce regeneration of missing cartilage tissues. Evaluation of biological properties of both materials clearly showed that carbon fibrous material is biocompatible with cartilage cells and stimulates regeneration of cartilage tissue.
Damaged articular cartilage is known to have poor capacity for regeneration. Carbon fibres (CFs) have been widely investigated as cellular growth supports in cartilage tissue engineering. However, the long duration of the process of cartilage restoration limits the applicability of CFs implants in the treatment of cartilage tissue defects. Hyaluronic acid (HA) plays a key role in cartilage tissue development, repair and function. In the present study we focused on the in vitro and in vivo evaluation of two types of carbon nonwoven fabrics: HA modified and non-modified carbon nonwovens. The results of in vitro studies showed that cells attached well and retained their good viability in the carbon nonwoven matrix. The incorporation of hyaluronic acid resulted in the enhancement of cell proliferation. The results of in vivo studies showed a faster process of tissue regeneration in the case of HA modified carbon nonwovens. The results presented indicated that HA-modified carbon materials seem to be a suitable material for the treatment of osteochondral defects.
PL
Uszkodzona chrząstka stawowa posiada słabą zdolność do regeneracji. Od lat prowadzone są badania nad zastosowaniem włókien węglowych w inżynierii tkankowej chrząstki, jako podłoży podtrzymujących wzrost komórek. Niestety długi proces odbudowy chrząstki w obrębie implantu węglowego ogranicza możliwość zastosowania włóknin węglowych w leczeniu ubytków chrzęstnych. Kwas hialuronowy (HA) jest składnikiem chrząstki odpowiedzialnym za jej właściwy rozwój oraz proces regeneracji. Modyfikacja włóknin kwasem hialuronowym może w korzystny sposób wpłynąć na własności biologiczne implantów węglowych. W pracy przedstawiono wyniki badań in vitro oraz in vivo nad włókninami węglowymi modyfikowanymi kwasem hialuronowym oraz nad włókninami niemodyfikowanymi. Z przeprowadzonych badań in vitro wynika, że modyfikacja włóknin węglowych kwasem hialuronowym powoduje wzrost proliferacji komórek hodowanych na tych materiałach. Natomiast wyniki badań in vivo wykazały, że proces regeneracji tkanki następuje szybciej w przypadku włóknin węglowych modyfikowanych kwasem hialuronowym niż w przypadku włóknin niemodyfikowanych. Przeprowadzone badania wskazują, że włóknina węglowa modyfikowana kwasem hialuronowym może być rozważana jako potencjalny materiał w leczeniu ubytków kostno-chrzęstnych.
The aim of this study was to evaluate biocompatibility of multilevel composites based on bioresorbable poly(lactide-co-glycolide) (PGLA). Polymer matrix was modified with multidimensional (MD) short biopolymer fibers of calcium alginate (CA) containing bioactive ceramic nanoparticles (nanohydroxyapatite - HA or nanosilica - SiO2). The nanocomposite fibres present in the polymer samples influenced cells morphology, viability and secretory activity which was estimated using human osteoblasts cells (NHOst). The results indicate that biodegradable nanocomposite CA-HA/PGLA improves biological properties of the basic biomaterial (PGLA) suggesting its potential application for bone tissue engineering.
Biodegradowalne nanowłókniste membrany poddano badaniom in vitro, pozwalającym na ocenę stopnia różnicowania się i mineralizacji komórek kostnych w obecności potencjalnych podłoży tkankowych. Przedstawione badania oceniają wpływ mikrostruktury i składu chemicznego wytworzonych podłoży na przyczepność, proliferację i morfologię osteoblastów (NHOst). Badania procesu mineralizacji i aktywności ALP pozwoliły na ocenę procesu różnicowania się komórek.
EN
A biodegradable nanofibrous nonwoven membranes were analyzed in vitro as potential scaffolds for differentiation and mineralization of bone cells. In this study we investigate the effects of electrospun membranes microstructure and chemical composition on attachment, proliferation, and morphology of human NHOst osteoblasts. Mineralization process and ALP activity were studied to estimate the cells differentiation.
The study was conducted in order to determine the biocomatibility of polimer mesh based on BOC and enriched with HAp or TCP coverd by PCL sub-micrometric fibres. Human osteoblast cell line NHOst was cultured in standard conditions on disk-shaped polymer samples. Interactions between materials and cells were examined through microscopic observation of cells' adhesion and morphology, and tests of viability/proliferation and cytotoxicity. The study proved the biocompatibility of all examined materials, though the surface of TCP enriched polymer didn't promote the adhesion of cells.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The aim of the present work was to develop new composite materials based on two biocompatible polymers (sodium alginate and polycaprolactone) intended for use in the treatment of bone tissue defects. Tests carried out to obtain polymer-fibre composites using two resorbable polymers demonstrated the possibility of attaining composites with mechanical properties that are suitable from the point of view of their applications. Young’s modulus values for the composite systems analysed (254-389 MPa) are higher than for an unmodified PCL sheet. Irrespective of the fibrous phase used, the PCL matrix demonstrates stability in in vitro conditions. The constant pH values and small changes in the ionic conductance of the water indicate that these materials undergo gradual but slow degradation.
PL
W pracy opracowano warunki wytwarzania kompozytów opartych o dwa biodegradowalne tworzywa. Przeprowadzone badania wykazały zróżnicowany wpływ obecności poszczególnych rodzajów fazy włóknistej na właściwości wytrzymałościowe, właściwości fizykochemiczne powierzchni oraz stabilność materiałów kompozytowych podczas procesu inkubacji w warunkach in vitro. W oparciu o uzyskane wyniki można przypuszczać, iż wytworzone materiały kompozytowe na bazie włókien alginianowych, będących nośnikami substancji czynnych, będą powodować wytworzenie dogodnych warunków do krystalizacji apatytu w żywym organizmie.
The objective of our in vivo study was to investigate the biocompatibility of polymer foils enriched with chitosan. Methods: three types of chitosan: non-modified(jp), and modified with montmorillonite K5 and montmorillonite K10 (p2-p3) were prepared. The in vivo studies were carried out using the rat soft tissues as a model. Small pieces of foils (2mm x 4mm)used in the experiment were sterilized by UV radiation. Next they were implanted under sterile conditions into the gluteus muscle of adult male outbred Wistar rats. Each animal received two implants: the modified foil into the right muscle, and the unmodifiedfoil used as a control into the left one. All procedures were conducted in sterile conditions and under anaesthesia. Animals were anesthetized with intraperitoneal injection of xylazine and ketamine (Biowet Puławy, Poland). Skin in the site of surgery was shaved and disinfected, and a small incision was made in the gluteus muscle. Equal pieces of foils were inserted into the such created pouch. The muscle and skin wounds were closed with 5/0 PDSII (polydioxanone) monofilament absorbable sutures (Ethicon Ltd., UK). All animals survived the surgery. No wound healing complications were observed after the surgery. The animals were maintained under standard conditions with free access to food and water. After 7, and 30 days from the surgery, at each time point 12animals were sacrificed. Tissue specimens containing the implanted materials were excised and immediately frozen in liquid nitrogen. Next they were cut into 8μm thick slides in a Shandon cryostat (Thermo-Scientific, UK) at -22°C. Obtained slides were investigated through histological and histochemical methods to estimate the intensity of inflammation, production of collagen, and metabolic activity of connective and muscle tissues surrounding implant. In order to estimate the effect of the implants on the metabolic state of surrounding tissues, activities of the marker metabolic enzymes: cytochrome c oxidase, and NADH dehydrogenase were examined. The activity of acid phosphatase was used to assess the extent of inflammation around the implants. The presence and thickness of fibrous capsule around the implants were estimated on slides stained by van Gieson’s method. Results: Differences between non-modified and modified with chitosan materials were not manifested in short, 7- and 30 days series. The activities of mitochondrial oxidative enzymes, cytochrome c oxidase and NADH dehydrogenase, in muscle fibres in close proximity to the implants were slightly lower than in those further away. Probably one month was too short period to obtain the whole recovery after the surgery. At the same time the process of regeneration seemed to be intense: numerous regenerating muscle fibres infiltrated the granulation tissue around the implanted foils were observed The inflammation respone was visibly lower in 30days series compared to7days ones what indicate that the inflammation was evoked in higher degree by surgery than by the presence of the implanted materials. The fibrous capsule around foils was thin or not present at all – there were places where pieces of foils were in direct contact with the muscle tissue. After one month experiment there were no signs of degradation of materials. The experiment has been continued to compare abilities of biomaterials in long term series. Conclusion: The regeneration and enzymic activity of muscle tissue together with the lack of continuous fibrous capsule suggest that the materials used in our study are biocompatibile and are suitable for the treatment of tissue injury.