In vitro biocompatibility evaluation of chitosan matrix-based hydrogel materials for regenerative medicine applications

Biomateriały są nieodłączną częścią medycyny regeneracyjnej. Dzięki różnorodności ich struktur oraz właściwości mogą wspierać różne tkanki ludzkiego organizmu w odbudowie i przywracaniu prawidłowego funkcjonowania. Przed zastosowaniem danego biomateriału należy go poddać licznym badaniom, które wykażą wysoką biozgodność względem tkanek. W poniższej pracy opisano badania nad wpływem hydrożelowych biomateriałów chitozanowych w postaci wstrzykiwalnej oraz liofilizowanej na żywotność, liczebność i różnicowanie komórek, a także na indukowanie stresu oksydacyjnego w odpowiedzi na zastosowany materiał. Sprawdzono również, czy dodatki w postaci bioszkła oraz jonów cynku lub strontu powodują zwiększenie biozgodności biomateriałów. W badaniach wykorzystano hodowle in vitro linii: Hs 680 – fibroblastów ludzkich, RAW 264.7 – makrofagów mysich oraz HAEC – ludzkich komórek endotelium aorty. Praca składa się z dwóch części. W części teoretycznej omówiono stosowane w medycynie regeneracyjnej biomateriały, strukturę i właściwości chitozanu, jak również zalety dodatku bioszkieł, jonów cynku i strontu. W części eksperymentalnej przedstawiono wyniki badań biomateriałów zastosowanych w postaci podłoża liofilizowanego lub wstrzykiwalnego. Stwierdzono, że materiały żelowe nie zapewniają warunków odpowiednich dla hodowli fibroblastów, natomiast są korzystnym podłożem dla wzrostu i różnicowania komórek endotelialnych. Wykazano również, że modyfikacja biomateriałów dodatkiem bioszkieł i jonów cynku wspomaga różnicowanie komórek HAEC. Żadna z zastosowanych modyfikacji nie wpłynęła natomiast na poziom produkcji RFT w hodowli makrofagów.

Biomaterials are an integral part of regenerative medicine. Thanks to the variety of their structures and properties they can support tissues of the human body in recovery. Before using a biomaterial, it should be subjected to numerous tests that demonstrate high biocompatibility with tissues. This paper describes research on gel injectable and lyophilized chitosan biomaterials’ effect on cel viability, numer, differentiation and on oxidative stress. It was also tested whether additives as bioglass and zinc or strontium ions increase the biocompability of studied biomaterials. The following in vitro cell lines were used in the research: Hs 680 - human fibroblasts, RAW 264.7 - mouse macrophages, and HAEC - human aortic endothelial cells. The theoretical part describes the biomaterials used in regenerative medicine, the structure and properties of chitosan, the advantages of the addition of bioglass, zinc and strontium ions. The experimental part presents the results of studies performer on biomaterials used in the form of injectable or lyophilized scaffolds.It was found that gel materials do not provide conditions suitable for culture of fibroblasts, but they are a favorable scaffolds for the growth and differentiation of endothelial cells. It was also stated that modifications of biomaterials with bioglass and zinc ions supports differentiation of HAEC. However, none of the applied modifications influenced the level of ROS produced in the culture of macrophages.