Struktura a vlastnosti nanokompozitních sítí kolagen/HAP

Abstract

Polymerní biomateriály jsou jedním ze současných populárních témat vzhledem k možnosti potenciální aplikace v tkáňovém inženýrství a řízeného dávkování léčiv v organismech. Kolagen je jako jeden z nejčastěji se vyskytujících proteinů zvláště zajímavý díky svým rozmanitým vlastnostem bez imunoreakce organismu příjemce. Tato práce je zaměřena na samouspořádávací procesy, kinetiku, obecné zákonitosti řídící proces samouspořádání a mechanické vlastnosti kolagenních roztoků. Dále je zkoumán efekt hydroxyapatitových nanočástic na samouspořádávání kolagenu a mechanické vlastnosti výsledných nanokompozitních hydrogelů. Jsou objasněny možné mechanismy interakcí mezi kolagenem I a hydroxyapatitem spolu s popisem vývoje struktury a vlastností na různých úrovních struktury. Byly měřeny a molekulárně interpretovány závislosti viskoelastických veličin na smykové rychlosti spolu s viskoelastickým chováním. Dále byla studována struktura kolagenních scaffoldů a určen vliv HAP a síťování. Závěrem byly diskutovány výsledky v souvislosti s jejich aplikovatelností v tkáňovém inženýrství chrupavek tvrdých tkání a v regenerativní medicíně.

Polymer-based materials are some of the most promising materials for tissue engineering and controlled drug delivery. Collagen, as one of the most abundant proteins to be found in mammals, is especially interesting due to its tunable properties and excellent host reactions. This thesis is focused on the self-assembly and the mechanical properties of collagen in solution, its kinetics and general principles controlling the process. The effect of hydroxyapatite nanoparticles on the collagen self-assembly and mechanical properties is also investigated. Possible mechanisms of collagen/hydroxyapatite interactions are elucidated along with the description of structure evolution and properties at various structural levels. The shear rate dependences and viscoelastic behavior of collagen I and its nanocomposites with hydroxyapatite (HAP) were measured and interpreted molecularly. The structure of collagen I scaffolds was studied and the effect of HAP and cross-linking was determined. Finally, the results were discussed in terms of the applicability of collagen/hydroxyapatite nanocomposites in scaffolds for bone tissue regeneration.