Evaluation of cellular response to biomaterials modified with carbon nanotubes with different properties

W ostatnich latach biomateriały znalazły szerokie zastosowanie w medycynie regeneracyjnej, stanowiąc potencjalne narzędzie wspomagające odbudowę uszkodzonych tkanek, w tym również tkanki nerwowej. Dzięki możliwości modyfikacji ich powierzchni oraz integracji z nanomateriałami, biomateriały mogą wpływać na adhezję, proliferację i różnicowanie komórek przy możliwie jak największej biozgodności.W poniższej pracy badano wpływ biomateriałów modyfikowanych dwoma rodzajami nanorurek węglowych: wysoko utlenowane (HO) oraz wysoko utlenowane i wzbogacone dodatkowo grupami aminowymi (HNH) na proliferację, żywotność, cytotoksyczność oraz różnicowanie się komórek nerwowych. Oceniono również wpływ biomateriałów na indukcję wydzielania reaktywnych form tlenu przez makrofagi. Do badań in vitro wykorzystano hodowle 3 linii komórkowych: RAW 264.7 – mysich makrofagów, HT22 – mysich komórek nerwowych wyizolowanych z hipokampu oraz N2a - mysich neuroblastów.Praca składa się z dwóch części: teoretycznej oraz eksperymentalnej. W części teoretycznej przedstawiono zagadnienia związane z medycyną regeneracyjną, biomateriałami oraz nanorurkami węglowymi, ich właściwości oraz zastosowanie w medycynie. Omówiono również proces regeneracji komórek nerwowych oraz aspekty związane z reakcją tkanek organizmu ludzkiego na zastosowane materiały - opisano stan zapalny oraz stres oksydacyjny. W części eksperymentalnej przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych dla badanych biomateriałów modyfikowanych nanorurkami węglowymi o różnych właściwościach. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, iż badane biomateriały nie obniżają znacząco żywotności komórek nerwowych. Nie indukują również nadmiernego wydzielania reaktywnych form tlenu przez makrofagi, ale też go nie hamują u stymulowanych makrofagów. Biomateriały nie wykazywały istotnej cytotoksyczności względem komórek linii HT22, N2a oraz RAW 264.7, co może świadczyć o ich akceptowalnej biokompatybilności w warunkach in vitro. Wykazano również, że badane biomateriały mogą promować różnicowanie komórek linii N2a i HT22

In recent years, biomaterials have found wide application in regenerative medicine, serving as a potential tool to support the repair of damaged tissues, including nervous tissue. Due to their ability to be surface-modified and integrated with nanomaterials, biomaterials can influence cell adhesion, proliferation, and differentiation, while maintaining the highest possible level of biocompatibility.This study investigated the effects of biomaterials modified with two types of carbon nanotubes: highly oxidized (HO) and highly oxidized additionally enriched with amine groups (HNH), on the proliferation, viability, cytotoxicity, and differentiation of nerve cells. The impact of these biomaterials on the induction of reactive oxygen species (ROS) production by macrophages was also assessed. The in vitro experiments were conducted using three cell lines: RAW 264.7 – murine macrophages, HT22 – murine hippocampal neurons, and N2a – murine neuroblastoma cells.The thesis is divided into two parts: theoretical and experimental. The theoretical section presents issues related to regenerative medicine, biomaterials, and carbon nanotubes – their properties and medical applications. It also discusses the process of neuronal regeneration and aspects related to the tissue response of the human body to the applied materials, including inflammation and oxidative stress. The experimental section presents the results of studies conducted on biomaterials modified with carbon nanotubes of different properties.Based on the conducted research, it was found that the tested biomaterials do not significantly reduce the viability of neuronal cells. They also do not induce excessive ROS production by macrophages, although they do not inhibit it in stimulated macrophages either. The biomaterials did not show significant cytotoxicity toward the HT22, N2a, or RAW 264.7 cell lines, which may indicate acceptable in vitro biocompatibility. Moreover, it was demonstrated that the tested biomaterials may promote the differentiation of N2a and HT22 cells.