Warstwowe biomateriały do leczenia ubytków tkanki kostnej i chrzęstnej
otrzymywane metodą druku 3D i elektroprzędzenia
Głównym celem rozprawy było opracowanie sposobu wytwarzania i otrzymanie oraz ocena właściwości fizykochemicznych warstwowych, modyfikowanych biomateriałów wspomagających leczenie ubytków tkanki kostnej i chrzęstnej nosa. W pracy połączono dwie metody wytwarzania biomateriałów (metodę elektroprzędzenia i metodę druku 3D - techniką FDM) w celu otrzymania warstwowych implantów (modyfikowanych lekiem sprzyjającym regeneracji tkanki, substancjami antybakteryjnymi i substancjami bioaktywnymi w postaci bioszkła
ibioszkła z cynkiem) przeznaczonych do rekonstrukcji ubytków chrzęstnych i kostnych
nosa. Dzięki zastosowaniu metody druku 3D wytworzone materiały posiadały przestrzenną, porowatą mikrostrukturę na którą przy zastosowaniu metody elektroprzędzenia naniesione zostały włókniste membrany, naśladujące budowę i funkcje matrycy zewnątrzkomórkowej. Otrzymano 4 rodzaje kompozytowych rusztowań tkankowych. Dodatkowo opracowano metodę wytwarzania filamentu do druku 3D w postaci sztyftów metodą formowania wtryskowego. Wykorzystano materiały takie jak poli(ɛ-kaprolakton), poli(L-kwas mlekowy), żelatyna, bioaktywne cząstki w postaci bioszkła i bioszkła z cynkiem, grafen oraz lek osteogenon. W ramach realizacji pracy wykazano, że wprowadzenie do polimerowej matrycy bioaktywnych i antybakteryjnych dodatków, pozwala na otrzymanie nowych biomateriałów do regeneracji tkanki kostnej i chrzęstnej. Przeprowadzono szereg badań mających na celu potwierdzenie zmian właściwości otrzymanych materiałów. Udowodniono, że zawartość bioaktywnych szkieł sprzyja formowaniu warstwy fosforanu wapnia w warunkach in vitro, potwierdzając bioaktywność otrzymanych materiałów. Wykazano, że obecność bioszkła i bioszkła domieszkowanego jonami Zn+ wskazuje na potencjał w inicjowaniu różnicowania i procesach mineralizacji osteoblastów. Ponadto udowodniono, że zawartość grafenu sprzyja adhezji i proliferacji chondrocytów.
Layerd scaffolds obtained by electrospining and 3D printing for the
treatment of bone and cartilage tissue defects
The main aim of the present dissertation was to develop a method for manufacturing, obtaining and evaluating the physicochemical properties of layered, modified biomaterials for treatment of cavities of bone and cartilage tissues. Methods of producing biomaterials were combined in this work (electrospinning and 3D printing - FDM technique) in order to obtain layered implants (modified with a drug supporting tissue regeneration, antibacterial substances and bioactive substances in the form of a bioglass and zinc bioglass) intended for reconstruction of cartilage and bone defects nose. The materials produced had a three-dimensional, porous microstructure thanks to the use of the 3D printing. Using the electrospinning, fibrous membranes imitating the structure and functions of the extracellular matrix were deposited on the surface of implants (scaffolds). Four types of composite tissue scaffolds were obtained. In addition, a bioglass method of producing filaments for 3D printing in the form of injection molded sticks was developed. Materials such as poly (ɛ-caprolactone), poly (L-lactic acid), gelatin, bioactive particles in the form of bioglass and zinc bioglass, graphene and osteogenon were used. As part of the work, it has been shown that the incorporation of bioactive and antibacterial additives into the polymer matrix allows the production of new biomaterials for bone and cartilage regeneration. A number of tests were conducted to confirm changes in the properties of the obtained materials. It has been proved that the content of bioactive glasses favors the formation of a calcium phosphate layer in vitro, confirming the bioactivity of the obtained materials. It has been shown that the presence of pure bioglass and bioglass doped with Zn + ions indicates the potential for initiating differentiation and osteoblast mineralization processes. In addition, graphene content has been proven to promote chondrocyte adhesion and proliferation.
