|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Гидрофильно-гидрофобные скаффолды на основе полиакрилатов для тканевой инженерии с использованием 3D-печатидипломная работа (Магистр)
- Научные руководители: Путляев В.И., Левкин П.А.
- Автор: Кузина Мария Алексеевна
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2019
- Аннотация: Термин "тканевая инженерия" (ТИ) был предложен профессором Робертом Нерем в 1988 году на симпозиумах Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе по молекулярной и клеточной биологии, где было дано комплексное определение ТИ как применения наук о жизни и инженерии для развития базового понимания функциональных и структурных связей естественных и патологических тканей млекопитающих. Основной целью ТИ было объявлено развитие материалов, которые могут быть использованы для восстановления, поддержания или улучшения тканей, поврежденных или потерянных при различных заболеваниях [1][2]. Мягкие полимеры, в частности, гидрогели, широко используются в ТИ. Их легко сделать биосовместимыми по химическому составу, а их механические свойства близки к свойствам живых тканей. Основным трендом последних лет являются неинвазивные исследования, которые подразумевают разработку носителей для лекарств, клеточных культур, имплантатов, или скаффолдов. От скаффолдов, помимо требований биосовместимости и подходящих механических характеристик требуется особая организация поверхности. Структурированная на макро- и микроуровне поверхность позволяет пространственно контролировать различные процессы, проводить исследования на межфазных границах, способствует адгезии, направленному росту, а также дифференциации клеток in vitro. Для тонкого структурирования на всех уровнях удобно применять стереолитографические методы печати. Следовательно, ключевым этапом данного процесса является создание фотополимеризуемой смеси с нужными химическими, физическими и биологическими свойствами. Полимер может обладать гидрофобными, гидрофильными или амфифильными свойствами, способностью набухать в растворителях. Для управления свойствами скаффолдов в полимерную сеть встраивают функциональные молекулы, а также используют биоминерализацию для улучшенной прочности и селективности. Селективность материала скаффолда позволяет выращивать клеточные культуры для костных имплантатов и создавать стимул-чувствительные структуры. Стимул-чувствительные материалы легли в основу полимерных актуаторов – устройств, способных реагировать на внешние возбудители путем механических и физических изменений: контролируемого и направленного набухания/сжатия, преломления в зависимости от полярности, pH растворителя, магнитной и электрической стимуляции и т.д. Достичь такой широты отклика в одном материале можно, создавая композиты из двух, близких по составу и свойствам, но с двойственным откликом, материалов. В случае мягких полимеров это бигели – сочетание в одной полимерной матрице гидрогелей, и их «близнецов» - гидрофобных органогелей. Подобные «умные» полимеры перспективны как в биологическом применении, так и в других направлениях, например, химии на чипах (chemistry on-a-chip), полимерной робототехники (soft robotics), и других. Следовательно, развитие стереолитографической печати мягких полимеров широкого спектра свойств и композитов на их основе со способностью отклика на различные стимулы для применений в тканевой инженерии в качестве биоскаффолдов является актуальной областью исследования. Таким образом, цель данной работы – разработка трехмерных поддерживающих конструкций (скаффолдов) на основе композитов гидрогель-органогель методом стереолитографической 3D-печати, с перспективой применения для тканевой инженерии. В данной работе были поставлены и решены следующие задачи: 1. Выбор составов, изучение свойств фотосмесей, оптимизация методики получения гидрогелей и органогелей на основе (мет)акрилатов методом УФ-полимеризации; 2. Соединение гидрогеля и органогеля на плоских моделях: получение бигеля с помощью химического сшивания гидро- и органогеля, полимеризация бигеля на структурированных гидрофильно- гидрофобных подложках; 3. Получение 3D моделей на основе разработанных фотосмесей методом стереолитографической 3D-печати (DLP); 4. Изучение биосовместимости in vitro, структурных особенностей (степень конверсии, морфология, вязкоупругие свойства, смачиваемость); оценка актуаторных свойств бигелей. Научная новизна работы состоит в следующих положениях: 1. Методом радикальной фотополимеризации были синтезированы органогели на основе ковалентно-сшитых сополимеров лаурилакрилата и ряда диметакрилатов в 1-нонаноле и олеиновой кислоте; 2. Органогель на основе олеиновой кислоты демонстрирует pH-зависимую смачиваемость и набухание; 3. Исследованы процессы полимеризации, структура и свойства полученных органогелей, определены параметры стереолитографической DLP печати; 4. Проведена тестовая полимеризация плоских бигелей на структурированных гидрофильно-гидрофобных подложках и трехмерных гидрофильно-гидрофобных бигелей Личный вклад автора в представляемую работу состоит в: 1. Критическом обзоре литературных данных, касающихся процессов полимеризации гидро- и органогелей и их композитов; методик их получения на основе поли(мет)акрилатов; состояния науки в областях аддитивных технологий и их применения для тканевой инженерии 2. Синтезе всех использованных в работе составов органогелей, гидрогелей и композитов на их основе; 3. Разработке моделей объектов и методик проекционной стереолитографической печати; 4. Самостоятельном проведении исследований оптических свойств, спектроскопии НПВО прекурсоров, процессов смачивания, проведении клеточных тестов и анализа их с помощью оптической микроскопии; 5. Анализе и обработке экспериментальных данных, обобщении и систематизации результатов. Практическая значимость работы состоит в следующих положениях: 1. Полученные фотополимеризуемые составы органогелей и гидрогелей применимы для использования в трехмерной стереолитографической печати в формате DLP; 2. Органогели на основе олеиновой кислоты перспективны для разработки pH-чувствительных сенсоров и селективных мембран, а также биофункциональных липофильных полимеров, за счет использования биосовместимого растворителя; 3. Плоские и трехмерные гидрофильно-гидрофобные бигели могут быть использованы для организации гидрофильных и липофильных жидких сред и биологических объектов; трехмерные гидрофильно-гидрофобные бигели перспективны в качестве актуаторов, что было продемонстрировано в настоящей работе; 4. Исследованные объекты могут в дальнейшем быть использованы для создания стимул-чувствительных криволинейных скаффолдов для тканевой инженерии Настоящая работа является частью систематических исследований биоматериалов, проводимых на кафедре междисциплинарного материаловедения Факультета наук о материалах МГУ и кафедре неорганической химии Химического факультета МГУ в рамках приоритетной научной темы «Создание новых типов функциональных материалов». Автор выражает благодарность руководителю группы биоматериалов Путляеву Валерию Ивановичу, Евдокимову Павлу Владимировичу, сотрудникам и преподавателям Факультета наук о материалах. Автор также выражает благодарность за помощь в проведении исследований студентам и аспирантам ФНМ МГУ Тихонову А.А., Тихоновой С. А.., сотрудникам Химического факультета МГУ Филиппову Я.Ю., Ларионову Д.С. Часть экспериментальной работы и исследований была выполнена на базе лаборатории биофункциональных материалов института токсикологии и генетики Технологического института Карлсруэ (Германия). Автор выражает особую благодарность руководителю лаборатории Левкину П.А. и коллективу лаборатории, за предоставление оборудования и реактивов, финансовую поддержку, помощь в организации работы и проведении исследований.
- Добавил в систему: Путляев Валерий Иванович