Biokompozitní materiál pro 3D tisk v regenerativní medicíně
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Předkládaná práce se věnuje přípravě materiálu k využití v regenerativní medicíně na bázi poly(3-hydroxybutyrátu) a jeho následnou charakterizací. Kromě poly(3-hydroxybutyrátu) byly použity materiály kyselina polymléčná (PLA), trikalcium fosfát (TCP) a dva druhy změkčovadel Citroflex®B-6 (CB6) a Syncroflex3114 (S3114). Tyto materiály byly vybrány na základě jejich biokompatibility a v případě TCP i bioaktivity. TCP umožňuje růst nové kostní tkáně na povrchu scaffoldu. PLA byla použita za účelem zlepšení mechanických vlastností materiálu. Obě změkčovadla byla využita ke zlepšení zpracovatelnosti materiálu. Obsahem teoretické části práce je literární rešerše obsahující základní informace o použitých materiálech. Cílem experimentální části práce je samotná příprava materiálu, charakterizace vlastností a stanovení tisknutelnosti na 3D tiskárně. Studovány byly termické vlastnosti materiálu, a to termogravimetrickou analýzou a diferenciální kompenzační kalorimetrií. Práce se též zabývá problematikou 3D tisku a to především FDM technologií, tedy modelováním depozicí taveniny. Bylo zjištěno, že se materiály obsahující změkčovadlo syncroflex lépe zpracovávají, a tedy i tisknou na 3D tiskárně. Provedenými testy tisknutelnosti jsou teplotní věže a plnící studie. Vytisknuté vzorky byly podrobeny mechanickým analýzám: tahové a ohybové zkoušce. V rámci práce byly charakterizovány TCP částice pomocí analyzátoru velikosti částic. Průměrná velikost TCP částic je 10,76 µm. Pomocí SEM-EDX byla následně pozorována distribuce TCP ve filamentech vzorků, kde bylo zjištěno, že smísením částic TCP se zbylými komponenty materiálů dochází k aglomeraci TCP částic do útvarů velkých až 20 µm. Konfokální mikroskopií byla stanovena drsnost materiálů. V rámci práce byla též zjištěna cytotoxicita na výluzích vzorků na myších fibroblastech. Cytotoxicita byla zjišťována testem metabolické aktivity a pomocí světelné mikroskopie. Test metabolické aktivity dokázal biokompatibilitu pozorovaných materiálů, proto bylo možné provést testy buněčné proliferace a biokompatibility přímo na vzorcích. Testy byly provedeny s využitím lidských mezenchymálních kmenových buněk. Pro zjištění buněčné proliferace byla využita DNA kvantifikace. Tvar buněk byl následně pozorován konfokální mikroskopií. Testy potvrdily růst buněk a jejich vhodný tvar. Diferenciace kmenových buněk na kostní byla provedena měřením aktivity alkalické fosfatázy (ALP).
The presented thesis deals with preparation of material for use in regenerative medicine based on poly(3-hydroxybutyrate) and its characterization. In addition to poly (3-hydroxybutyrate), there were used other materials lactic acid (PLA), tricalcium phosphate (TCP) and two types of plasticizers Citroflex®B-6 (CB6) and Syncroflex3114 (S3114). These materials were selected based on their biocompatibility and, in the case of TCP, also bioactivity. TCP allows new bone to grow on the surface of the scaffold. PLA was used to improve the mechanical properties of the material. Both plasticizers have been used to improve the processability of the material. Theoretical part of this work contains a literature review describing basic information about used materials. Aim of the experimental part is to prepare the material, characterization of properties and determination of printability on a 3D printer. The material is examined for thermal properties by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. This work also deals with the matter of 3D printing, especially FDM technology. It has been found that materials containing the syncroflex plasticizer are better processed and therefore printed on a 3D printer. The printability tests performed are temperature towers and filling studies. Printed samples were subjected to mechanical tests of tensile and bending tests. Experiments of cytotoxicity and biocompatibility of the material were also performed. Within the work, TCP particles were characterized using a particle size analyzer. The average TCP particle size is 10,76 µm. Using SEM-EDX, the distribution of TCP in sample filaments was subsequently observed, where it was found that by mixing TCP particles with the remaining components of materials, TCP particles agglomerate into formations up to 20 µm in size. Roughness of materials was determined by confocal microscopy. Cytotoxicity was also tested in the extracts of samples on mouse fibroblasts. Cytotoxicity was determined by metabolic activity assay and light microscopy. The metabolic activity test proved the biocompatibility of the observed materials; therefore, it was possible to perform cell proliferation and biocompatibility tests directly on the samples. Assays were performed using human mesenchymal stem cells. DNA quantification was used to determine cell proliferation. Shape of cells was subsequently observed by confocal microscopy. Tests confirmed growth of cells and their appropriate shape. Stem cell differentiation into bone was performed by measuring alkaline phosphatase activity.
The presented thesis deals with preparation of material for use in regenerative medicine based on poly(3-hydroxybutyrate) and its characterization. In addition to poly (3-hydroxybutyrate), there were used other materials lactic acid (PLA), tricalcium phosphate (TCP) and two types of plasticizers Citroflex®B-6 (CB6) and Syncroflex3114 (S3114). These materials were selected based on their biocompatibility and, in the case of TCP, also bioactivity. TCP allows new bone to grow on the surface of the scaffold. PLA was used to improve the mechanical properties of the material. Both plasticizers have been used to improve the processability of the material. Theoretical part of this work contains a literature review describing basic information about used materials. Aim of the experimental part is to prepare the material, characterization of properties and determination of printability on a 3D printer. The material is examined for thermal properties by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. This work also deals with the matter of 3D printing, especially FDM technology. It has been found that materials containing the syncroflex plasticizer are better processed and therefore printed on a 3D printer. The printability tests performed are temperature towers and filling studies. Printed samples were subjected to mechanical tests of tensile and bending tests. Experiments of cytotoxicity and biocompatibility of the material were also performed. Within the work, TCP particles were characterized using a particle size analyzer. The average TCP particle size is 10,76 µm. Using SEM-EDX, the distribution of TCP in sample filaments was subsequently observed, where it was found that by mixing TCP particles with the remaining components of materials, TCP particles agglomerate into formations up to 20 µm in size. Roughness of materials was determined by confocal microscopy. Cytotoxicity was also tested in the extracts of samples on mouse fibroblasts. Cytotoxicity was determined by metabolic activity assay and light microscopy. The metabolic activity test proved the biocompatibility of the observed materials; therefore, it was possible to perform cell proliferation and biocompatibility tests directly on the samples. Assays were performed using human mesenchymal stem cells. DNA quantification was used to determine cell proliferation. Shape of cells was subsequently observed by confocal microscopy. Tests confirmed growth of cells and their appropriate shape. Stem cell differentiation into bone was performed by measuring alkaline phosphatase activity.
Description
Citation
CHALOUPKOVÁ, K. Biokompozitní materiál pro 3D tisk v regenerativní medicíně [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie pro medicínské aplikace
Comittee
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-08-26
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou.
Otázky vznesené během diskuse:
Márová: Na jakých buňkách byla testována cytotoxicita? Proč byly zvoleny právě tyto typy? Jak rychlou degradaci předpokládáte?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení