Vliv biokeramických aditiv na morfologii, fyzikální a biologické vlastnosti kolagenových nosičů pro tkáňové inženýrství kostí

Abstract

Diplomová práce se zabývá přípravou trojrozměrných porézních kolagenových kompozitních nosičů pro tkáňové inženýrství kostí a studiem vlivu přídavku biokeramických částic na morfologické, biomechanické a biologické vlastnosti. Teoretická část popisuje biomateriály a biokeramické částice používané pro nosiče v tkáňové inženýrství kostí a jejich metody výroby. Pokud jde o experimentální část, byly vzorky připraveny metodou lyofilizace. Testovaným materiálem byl kolagen typu I z prasečího a hovězího zdroje, který byl kombinován s hydroxyapatitem a směsí -fosforečnanu vápenatého s -fosforečnanem vápenatým v poměrech 1 : 1, 1 : 2 a 2 : 1. Byl hodnocen vliv rozpustnosti a velikosti částic na morfologii, mechaniku a biokompatibilitu nosičů. Přidání biokeramických částic změnilo morfologii vzorků. Velikost pórů se snížila, zatímco pórovitost byla ve všech testovaných vzorcích téměř stejná. Biokeramické částice také způsobily, že kolagenová matrice nosičů byla méně hydrofilní, a navíc dokázaly stabilizovat nosiče proti působení enzymatické degradace. Biomechanické vlastnosti vzorků byly testovány v suchém i mokrém stavu. V suchém stavu dosáhl nejvyšší pevnosti v tlaku čistý bovinní kolagenový nosič, naopak v hydratovaném stavu, dosáhly nejvyšší hodnoty vzorky obsahující biokeramické částice. Žádný ze vzorků nebyl cytotoxický a nejvhodnější prostředí pro buněčnou adhezi a proliferaci bylo v čistém bovinním kolagenovém nosiči a také v kolagenovém kompozitním nosiči s poměrem HAp : -TCP : 1 : 1.

The diploma thesis deals with preparation of three-dimensional porous collagen composite scaffolds for bone tissue engineering and study of the effect of addition of bioceramic particles on morphological, biomechanical and biological properties. Theoretical part describes biomaterials and bioceramic particles used for scaffolds in bone tissue engineering and their fabrications method. As for experimental part, samples were prepared by the freeze-drying method. As tested material, type I collagen from porcine and bovine sources was combined with hydroxyapatite and mixture of -tricalcium phosphate and -tricalcium phosphate in ratios 1 : 1, 1 : 2 and 2 : 1. The effect of bioceramics solubility and particle sizes on scaffolds morphology, biomechanics and biocompatibility was evaluated. Addition of bioceramic particles changed the morphology of the samples. The pore size decreased, whereas the porosity was nearly the same in all tested samples. Bioceramic particles also made the collagen matrix of the scaffolds less hydrophilic, moreover they stabilized the scaffolds against the effect of enzymatic degradation. The biomechanical properties of the samples were tested in both dry and hydrated state. In dry state, the pure bovine collagen scaffolds reached the highest compressive strength, contrary in hydrated state, the samples containing bioceramic particles reached the highest value. None of the samples was cytotoxic and the most preferable environment for cell adhesion and proliferation was in the pure bovine collagen scaffolds and also in the composite scaffolds with ratio HAp : -TCP : 1 : 1.