Biopolymeric hydrogel materials for tissue engineering applications – preparation and characterisation

Głównym celem inżynierii tkankowej jest opracowanie materiału, który posiadając odpowiednie właściwości z powodzeniem może zastąpić uszkodzoną tkankę lub narząd. Podczas projektowania takich materiałów największą uwagę skupia się wykorzystaniu składników naturalnie występujących w organizmie. Głównym celem niniejszej pracy magisterskiej było utworzenie materiału, który potencjalnie mógłby znaleźć zastosowanie przy uzupełnianiu ubytków kostnych w postaci wstrzykiwalnych rusztowań komórkowych. Otrzymano i scharakteryzowano pod kątem właściwości fizykochemicznych i biologicznych, wieloskładnikowe materiały hydrożelowe. Układy te, uzyskano wykorzystując naturalne polimery w tym: kolagen, chitozan oraz kwas hialuronowy, które następnie poddano procesowi sieciowania genipiną. W celu nadania otrzymanej matrycy polimerowej, właściwości bioaktywnych, do powstałych układów wprowadzono materiał hybrydowy uzyskany poprzez kontrolowaną depozycję apatytu na powierzchni cząstek krzemionkowych, będący jednocześnie nośnikiem czynnika terapeutycznego – alendronianu sodu. Dzięki optymalizacji składu matrycy biopolimerowej i stężenia czynnika sieciującego możliwe było określenie wpływu poszczególnych komponentów na właściwości przygotowanych materiałów. Otrzymane układy zbadano pod kątem właściwości fizykochemicznych (liofilowość, stopień pęcznienia, degradacja enzymatyczna, morfologia, pomiary reologiczne oraz porozymetria). Zaprojektowana matryca polimerowa miała nie tylko spełniać rolę mechanicznego wsparcia ale także stanowić środowisko sprzyjające adhezji oraz proliferacji komórek, w tym celu dokonano wstępnych badań biologicznych in vitro z udziałem komórek MG – 63.

The main objective of tissue engineering is to develop the material with the specific properties, that can successfully replace the damaged tissue or organ. While designing such materials, the greatest attention is paid to use the components naturally occurring in the body. The main aim of this master thesis was fabrication of material that could potentially be used to supplement bone losses in the form of injectable cellular scaffolds. For this purpose, the multi-component hydrogel materials were obtained and characterized in terms of physicochemical and biological properties. These systems were created using natural polymers such as collagen, chitosan, and hyaluronic acid, which were next crosslinked with genipin. To make the obtained polymer matrix bioactive, a hybrid material obtained by controlled deposition of apatite on the surface of silica particles was introduced into the created systems. That obtained particles served also as s carrier of the therapeutic agent - sodium alendronate. Thanks to the optimization of the biopolymeric matrix composition and the concentration of the crosslinking agent it was possible to determine the influence of individual components on the properties of prepared materials. The obtained systems were examined for physicochemical properties (wettability, swelling, enzymatic degradation, morphology, rheological measurements, and porosimetry). The designed polymer matrix was not only served as mechanical support but also provide an environment conducive to cell adhesion and proliferation. Therefore, the preliminary biological tests in vitro with MG - 63 cells were performed.