Antibakteriální skafoldy pro tkáňové inženýrství

Abstract

Navrhovaná disertační práce je věnována vývoji a charakterizaci nových biokompatibilních antibakteriálních nosičů s potenciálním využitím v medicíně. Hlavní důraz této práce byl zaměřen na obohacení kompozitních nosičů o antibakteriální činidlo tak, aby byly respektovány náročné požadavky tkáňového inženýrství. Teoretická část shrnuje poznatky o regeneraci kůže a hojení ran. Přehled literatury také popisuje biomateriály pro hydrogelové nosiče, techniky jejich přípravy a také jejich obohacení o terapeutické látky. Jedna kapitola se zabývá růstovými faktory pro zlepšení hojivých vlastností biomateriálů. Poslední kapitola je zaměřena na nanočástice selenu, které si získaly velkou pozornost pro použití jako antimikrobiální aditivum, protože dokážou bojovat proti multirezistentním mutantům a tvorbě biofilmu, a také jde o stopový prvek přirozeně se vyskytující v lidském těle na rozdíl od jiných nanočástic. Experimentální část je rozdělena do dvou kapitol, každá z nich se zabývá problematikou přípravy antibakteriálních hydrogelových nosičů s různou technologií. První část je zaměřena na nové kolagen/chitosanové nosiče obohacené o nanočástice selenu (SeNPs) a fibroblastový růstový faktor 2 (FGF2) připravené lyofilizací. Studie ukázala, že při přípravě těchto nosičů musí být brány v úvahu vzájemné interakce mezi biomolekulami a toxickými účinky vyšších koncentrací SeNPs. Druhá experimentální část se zabývá vlivem různých viskoelastických biomateriálů na injektabilitu a tisknutelnost bioinkoustů pro přípravu nosičů pomocí 3D tisku. Požadované vlastnosti bioinkoustů pro 3D tisk splňují hydrogely složené jak ze syntetických, tak i z přírodních polymerů, s následnou optimalizovanou metodou síťování pro zajištění požadované stability ve fyziologických podmínkách. Polysacharidová pryskyřice gum Karaya v těchto nosičích zastává částečně antibakteriální složku s dalším možným obohacením o bioaktivní látky (SeNPs nebo FGF2) pro hojení akutních i chronických infekčních ran.

The proposed dissertation is dedicated to the development and characterization of novel biocompatible antibacterial scaffolds with medical potential applications. The main emphasis of this work was the enrichment of composite scaffolds with an antibacterial agent so that the demanding requirements of tissue engineering are respected. The theoretical part summarizes knowledge of skin regeneration and wound healing. The literature review also describes biomaterials for hydrogel-based scaffolds, their fabrication techniques, and their enrichment with therapeutic agents. One chapter deals with the growth factors to improve the healing properties of biomaterials. The last chapter aims at selenium nanoparticles gaining much attention for their use as an antimicrobial agent as they can combat multidrug-resistant mutants and biofilms and also it is a trace element naturally found in the body in contrast to other nanoparticle materials. The experimental part is divided into two chapters, each of which examines issues of hydrogel-based antibacterial scaffold preparation with a different fabrication technique. The first part is focused on new Collagen/Chitosan scaffolds enriched with selenium nanoparticles (SeNPs) and fibroblast growth factor 2 (FGF2) prepared with freeze-drying. This study has shown that these scaffolds must consider the mutual interaction between biomolecules and the toxic effects of higher SeNPs concentrations. The second experimental part explores the effect of various viscoelastic biomaterials on the injectability and printability of bioinks for future bioprinting of scaffold fabrication. The bioink properties required for production by 3D printing were met by a hydrogel composed of synthetic and natural polymers, favoured by the optimized cross-linking method ensuring the required stability in physiological conditions. Polysaccharide resin gum Karaya in these scaffolds forms an antibacterial component with further possible enrichment with bioactive substances (SeNPs or FGF2) for the healing of acute and chronic infectious wounds.