Elektroprzędzenie i liofilizacja jako metody otrzymywania podłoży dla inżynierii tkankowej

Inżynieria tkankowa to interdyscyplinarną dziedziną, której celem jest opracowanie biologicznych substytutów pozwalających na zastąpienie i regenerację uszkodzonej tkanki. Bardzo ważnym jej elementem są podłoża, które stanowią rusztowanie umożliwiające wzrost i różnicowanie się odpowiednich komórek. Przedmiotem niniejszych badań było wytworzenie podłoży z polilaktydu i polikaprolaktonu. Materiały te formowano w dwóch procesach: na drodze elektro-przędzenia z roztworu polimeru oraz poprzez liofilizację, czyli suszenie sublimacyjne. Uzyskano w ten sposób podłoża o różnych właściwościach mechanicznych i mikrostrukturze. Wykazano zasadniczy wpływ metody i parametrów otrzymywania podłoży na ich końcowe właściwości. Wynikiem elektroprzędzenia są materiały włókniste o dużej odkształcalności, podczas gdy liofilizacja prowadzi do wytworzenia porowatych materiałów o wyższej wartości wytrzymałości mechanicznej i modułu Younga. Znaczący wpływ na parametry mechaniczne ma także forma podłoży nanowłóknistych. Podłoża w kształcie rurki cechują się wyższymi parametrami mechanicznymi niż w kształcie płaskich mat. Dodatkowo, wzrost wytrzymałości uzyskano poprzez owinięcie rurek włóknami alginianowymi. Połączenie metod elektroprzędzenia i liofilizacji prowadzi do wytworzenia asymetrycznych podłoży o wyższych parametrach mechanicznych. Metodą elektroprzędzenia otrzymano nanowłókniste materiały w formie mat i rurek, nadające się na podłoża do regeneracji naczyń krwionośnych. Liofilizacja pozwoliła natomiast na wytworzenie podłoży o różnej porowatości i morfologii. Dzięki połączeniu obu metod otrzymano asymetryczne podłoża PLAel/PCL40, które mogą znaleźć zastosowanie w sterowanej regeneracji tkanki kostnej.

Tissue engineering is an interdisciplinary field which purpose is to produce biological substitutes able to replace and regenerate damaged tissue. Scaffolds are very important components because they allow growth and proliferation of appropriate cells. The purpose of this study was to manufacture different scaffolds using polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL). Materials were formed in two processes: electrospinning of a polymer solution and freeze-drying. Therefore it was possible to obtain scaffolds with various mechanical properties and microstructure. The influence of scaffold fabrication method and parameters on its final properties was demonstrated. Electrospinning outcomes were fibrous materials with high deformability, while freeze-drying led to fabrication of porous materials with higher mechanical strength and Young's modulus. The shape of nanofibrous scaffolds had also a significant influence on their mechanical properties. Scaffolds in the shape of a tube were characterized by higher mechanical properties than those in the shape of flat mats. Additional increase in mechanical strength has been achieved by wrapping the tubes with alginate fibers. Combination of electrospinning and freeze-drying contributed to formation of asymmetric scaffolds with better mechanical properties. Nanofibrous materials in the shape of mats and tubes, suitable for vascular engineering scaffolds were fabricated by electrospinning, while freeze-drying allowed for fabrication of scaffolds varying in porosity and morphology. Asymmetric PLAel/PCL40 scaffolds suitable for guided bone regeneration (GBR) were manufactured as a result of combining two above-mentioned methods.