ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ МАТРИКСОВ С ДОБАВЛЕНИЕМ НАНОЧАСТИЦ МОДИФИЦИРОВАННОГО ГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ

1. Способы получения и свойства волокнистых полимерных матриксов на основе ПКЛ с добавлением кальций-фосфатных частиц 19
1.1 Способы получения полимерных матриксов 19
1.2 Биологические свойства полимерных матриксов на основе ПКЛ 23
1.3 Кальций-фосфаты в организме человека 25
2. Методы исследования свойств 3-Д матриксов 29
2.1 Сканирующая электронная микроскопия 29
2.2 ИК-спектроскопия с преобразованием Фурье 31
2.3 Рамановская спектроскопия 33
2.4 Смачиваемость и поверхностная энергия 34
2.5 Колориметрический МТТ-тест в биологических исследованиях 35
2.6 Культивирование фибробластов линии NCTC L929 и мезенхимальных стволовых клеток на поверхности гибридных полимерных матриксов 38
2.7 Метод полимеразной цепной реакции в реальном времени 40
3. Результаты и обсуждения 44
3.1 Материалы и исследование морфологии полимерных 3-Д матриксов 44
3.2 Смачиваемость полимерных 3-Д матриксов 48
3.3 ИК спектроскопия с преобразованием Фурье полимерных 3-Д матриксов 50
3.4 Рамановская спектроскопия полимерных 3-Д матриксов 51
3.5 Исследование цитотоксичности полимерных 3-Д матриксов 53
3.6 Исследование жизнеспособности, адгезионной и пролиферативной активности МСК человека при культивировании на поверхности гибридных полимерных 3-Д матриксов 55
3.7 Определение фенотипического профиля мезенхимальных стволовых клеток человека при культивировании их на поверхности гибридных полимерных 3-Д матриксов по уровню экспрессии мРНК с использованием метода ПЦР в реальном времени 58
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 63
4.1 Предпроектный анализ 63
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 63
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 64
4.1.2 SWOT-анализ 67
4.2 План проекта 70
4.3 Бюджет научного исследования 73
4.3.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом отходов) 73
4.3.2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ 74
4.3.3 Основная заработная плата 75
4.3.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала 77
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды 78
4.3.6 Накладные расходы 78
4.3.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 79
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 79
5. Социальная ответственность 83
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 83
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПЭВМ, установке для электроформования и с химическими веществами. 84
5.2.1 Организационные мероприятия 85
5.2.2 Организация рабочего места оператора ПЭВМ 86
5.2.3 Условия безопасной работы 88
5.3 Химическая безопасность 90
5.4 Электробезопасность 93
5.5 Пожарная и взрывная безопасность 96
Заключение 99
Список публикаций 101
Список использованных источников 102
Приложение А 110

Весь текст будет доступен после покупки

Миллионы людей по всему миру страдают от травм, опухолей или костных заболеваний, связанных с возникновением костных дефектов. С давних пор и по настоящее время для замещения костных дефектов используются в основном имплантаты из металлов, но не один металл не может обеспечить весь ряд предъявляемых к имплантату характеристик, таких как: прочность, жесткость, модуль упругости, гидрофильность, биосовместимость, биодеградируемость и другие. Поэтому заполнение и восстановление больших костных дефектов все еще является актуальной задачей.
Новейшей идеей по воспроизведению объемной костной структуры в костной имплантологии является изготовление трехмерных (3-Д) матриксов на основе биодеградируемых полимеров. Такой материал позволяет восстанавливать крупные костные дефекты и к тому же, постепенно растворяясь в организме, он не требует дальнейшего удаления. Одним из активно развивающихся методов получения полимерных матриксов является метод электроформования, так как он относительно прост в эксплуатации и позволяет варьировать конечные характеристики получаемого материала, изменяя рабочие параметры в процессе формирования. Материал, получаемый при электроформовании, обладает волокнистой структурой, что в свою очередь приводит к высокой поверхностной площади и пористости. Высокая поверхностная площадь и пористость матриксов способствует клеточной адгезии, пролиферации и миграции. Эти свойства являются крайне важными в тканевой инженерии. Поры обеспечивают пространство для прорастания сосудов, необходимых для питания новообразованной костной ткани и удаления продуктов жизнедеятельности клеток [1].
В качестве материала для производства матриксов особый интерес представляют биосовместимые и биодеградируемые материалы. Биодеградируемость является крайне полезным свойством, так как имплантат, изготовленный из биодеградируемого полимера, в процессе эксплуатации постепенно растворяется и заменятся растущей костной тканью. Данное свойство позволяет снять потребность повторного хирургического вмешательства. Одним из таких материалов, обладающих биосовместимостью и биодеградируемостью является поликапролактон (ПКЛ). Кроме того, ПКЛ обладает высокими механическими характеристиками, по сравнению с другими полимерами, используемыми в имплантологии [2]. Тем не менее в медицине поликапролактон применяют в очень ограниченном количестве из-за его синтетической природы происхождения и биоинертности. Для улучшения биосовместимости материала, которое проявляется в увеличении взаимодействия растущих клеток тканей с матриксом, активно исследуется добавление частиц, схожих по составу с костной тканью, таких как гидроксиапатит (ГА), частицы которого являются центрами агломерации костных клеток [3, 4]. Кроме чистого ГА возможно использование ГА с содержанием кремния, стронция и других элементов. Известно, что кремнийсодержащий ГА обладает высокой скоростью резорбции, содержит большое количество активных групп, к которым прикрепляются остеогенные клетки, что позволяет увеличить скорость восстановления костной ткани [5].
Поэтому цель данной работы заключается выявлении влияния структуры и наличия наночастиц ГА, кремний-замещенного ГА (SiГА) и стронций-замещенного ГА (SrГА) в составе полимерных 3-Д матриксов на жизнеспособность, адгезию, пролиферацию и дифференцировку клеток.
В задачи работы входило:
1. Получить гибридные полимерные 3-Д матриксы на основе ПКЛ с добавлением наночастиц ГА, Si-ГА и Sr-ГА методом электроформования;
2. Исследовать морфологию гибридных полимерных 3-Д матриксов на сканирующем электронном микроскопе;
3. Исследовать химический состав гибридных полимерных 3-Д матриксов с помощью инфракрасной и рамановской спектроскопии;
4. Исследовать цитотоксическое воздействие полимерных 3-Д матриксов на субстратзависимые клетки млекопитающих;
5. Исследовать жизнеспособность, адгезионную и пролиферативную активность мезенхимальных стволовых клеток человека при культивировании на поверхности гибридных матриксов методами флуоресцентной и сканирующей электронной микроскопии;
6. Определить фенотипический профиль мезенхимальных стволовых клеток человека при культивировании их на поверхности гибридных матриксов с использованием метода полимеразной цепной реакции в реальном времени.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Способы получения и свойства волокнистых полимерных матриксов на основе ПКЛ с добавлением кальций-фосфатных частиц

Под полимерным матриксом понимается основа для внеклеточной структуры ткани, которая обеспечивает механическую поддержку клеток. Являясь высокопористым материалом с волокнистой структурой, полимерный матрикс способствует регенерации ткани [6]. Наличие большого количества пор позволяет более эффективно доставлять питательные вещества клеткам, по сравнению с монолитными материалами, а волокна являются каркасом для адгезии и пролиферации клеток. На рисунке 1 приведена схема функционирования биорезорбируемого полимерного 3-Д матрикса.

Рисунок 1 – Схема функционирования полимерного 3-Д матрикса

Полимерный матрикс служит каркасом для роста клеток, прорастания их внутрь матрикса (пролиферация) и образования новой ткани с постепенным его растворением в организме человека.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ki C., Park S., Kim H., Jung H., Woo K., Lee J., Park Y. Development of 3-D nanofibrous fibroin scaffold with high porosity by electrospinning: implications for bone regeneration // Biotechnology Letters. – 2008. – V. 30. – I. 3. – P. 405-410.
2. Williamsa J.M., Adewunmib A., Scheka R.M., Flanagana C.L., Krebsbacha P.H., Feinbergd S.E., Hollistera S.J., Das S. Bone tissue engineering using polycaprolactone scaffolds fabricated via selective laser sintering // Biomaterials. – 2005. – V. 26. – I. 23. – P. 4817-4827.
3. Wutticharoenmongkol P., Sanchavanakit N., Pavasant P., Supaphol P. Preparation and characterization of novel bone scaffolds based on electrospun polycaprolactone fibers filled with nanoparticles // Macromolecular Bioscience. – 2006. – V. 6. – I. 1. – P. 70-77.
4. Wutticharoenmongko P., Pavasant P., Supaphol P. Osteoblastic phenotype expression of MC3T3-E1 cultured on electrospun polycaprolactone fiber mats filled with hydroxyapatite nanoparticles // Biomacromolecules. – 2007. – V. 8. – I. 8. – P. 2602-2610.
5. Шульгина М.В., Свентская Н.В., Сивков С.П., Лукина Ю.С. Гидроксиапатитовые цементы на основе кремний-структурированного ?-трехкальциевого фосфата // Успехи в химии и химической технологии. – 2014. – Т. 28. – № 8. – С. 106–109.
6. O'Brien F.J. Biomaterials & scaffolds for tissue engineering // Materials today. – 2011. – V. 14. – I. 3. – P. 88-95.
7. Матвеев А.Т., Афанасов И.М. Получение нановолокон методом электроформования: учебное пособие / Москва: Изд-во «Москва», 2010. – 83 с.
8. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. Перевод с английского языка под ред. Ю. П. Ямпольского, В. П. Дюбяги. / Москва: Изд-во «Мир», 1999. – 513 с.
9. Pham Q.P., Sharma U., Mikos A.G. Electrospinning of polymeric nanofibers for tissue engineering applications: a review // Tissue Engineering. – 2006. – V.12. – I. 5. – P. 1197-1211.
10. Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс) / Москва: Изд-во «Москва», 2001. – 231 с.

Весь текст будет доступен после покупки