Termocitlivé hydrogely určené pro 3D tiskové aplikace modifikované pomocí proteinů

Abstract

Tato diplomová práce se zabývala 3D tiskem kompozitních hydrogelových nosičů, založených na termocitlivých triblokových kopolymerech, a jejich charakterizaci. Tyto hydrogelové nosiče jsou potenciálními materiály pro hojení ran, regeneraci tkáně a uvolňování léčiv či proteinů v kožním tkáňovém inženýrství. Diplomová práce se skládala z teoretické části, ve které byly prozkoumány materiály pro 3D tisk hydrogelů, a experimentální části, ve které byly 3D tištěny různé hydrogelové inkousty a poté charakterizovány pomocí optické mikroskopie, analýzy hydrolytické stability, reologické analýzy, protonové nukleární magnetické rezonance (1H NMR) a analýzy uvolňování proteinů. Hydrogely byly 3D tištěny na dvou rozdílných 3D tiskárnách s různou dobu fotosíťování a různým pořadím kroků fotosíťování a 3D tištění. Byly zkoumány rozdíly mezi 3D tiskem těchto hydrogelových inkoustů při 25 a 37 °C. Tvarová přesnost byla posouzena za použití obrázků z optické mikroskopie. Bylo zjištěno, že přítomnost polyvinyl alkoholu a delší doba síťování pomohly snížit roztažení vláken. Vzorky 3D tištěné při 25 °C byly lepší v zachování svého tvaru než vzorky 3D tištěné při 37 °C. Hydrolytická stabilita byla lepší u nemodifikovaných termocitlivých hydrogelů než u hydrogelů funkcionalizovaných pro síťování modrým světlem. Nicméně mezi funkcionalizovanými hydrogely byly v PBS hydrolyticky nejstabilnější hydrogely s fotosíťováním po dobu 10 min po tisku následovaným iontovým síťováním pomocí Ca2+ iontů. Tyto hydrogely vydržely až 16 dní. V reologické analýze byl měřen amplitudový sweep and teplotní rampy. Gelací způsobený vzrůst komplexní viskozity okolo 30 °C byl nejzřetelnější u nesíťovaných hydrogelů bez polyvinyl alkoholu, které byly jediné s vyšší komplexní viskozitou při 37 °C než při 25 °C. Konverze síťování dvojných vazeb u funkcionalizovaných vzorků síťovaných po dobu 10 min bohužel nemohla být stanovena kvůli šumu v sekci dvojných vazeb u naměřených spekter. Vzhledem k absenci charakteristických píků lze však předpokládat vysokou konverzi dvojných vazeb. Výsledky uvolňování albuminu, které byly naměřeny pomocí Bradfordova testu, byly eskalovány do vysokých hodnot kvůli zkreslení, které bylo způsobeno degradačními produkty kopolymerů.This diploma thesis dealt with 3D printing of composite hydrogel scaffolds, based on thermosensitive triblock copolymers, and their characterization. These hydrogel scaffolds are potential materials for wound healing, tissue regeneration and drug or protein release in skin tissue engineering. The thesis consisted of a theoretical part, where the materials used for hydrogel 3D printing were researched, and an experimental part, where various hydrogel inks were 3D printed and characterized by the means of optical microscopy, hydrolytic stability analysis, rheological analysis, proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR) and protein release analysis. The hydrogels were 3D printed on two different 3D printers with differing photocrosslinking duration and differing order of the photocrosslinking and 3D printing steps. Differences in 3D printing of these hydrogel inks at 25 and 37 °C were investigated. Shape fidelity was assessed using images from optical microscopy. It was found that the polyvinyl alcohol incorporation and longer crosslinking duration helped in reducing the filament dilation. The samples 3D printed at 25 °C were better at retaining their shape than those 3D printed at 37 °C. The hydrolytic stability of unmodified thermosensitive hydrogels was better than that of hydrogels functionalized for blue light crosslinking. However, out of the functionalized hydrogels, those which were photocrosslinked for 10 min after the printing followed by ionic crosslinking via Ca2+ ions were the most hydrolytically stable hydrogels in PBS, lasting up to 16 days. In the rheological analysis amplitude sweeps and temperature ramps were measured. The gelation-induced complex viscosity increase at around 30 °C was the most notable in uncrosslinked hydrogels without polyvinyl alcohol, which were the only ones with higher complex viscosity at 37 °C than at 25 °C. Unfortunately, the crosslinking conversion of double bonds of the functionalized samples crosslinked for 10 minutes could not be determined by the 1H NMR due to noise in the double bond section of the obtained spectra. Due to absence of the characteristic peaks, the double bond conversion was presumably high. Albumin release results, which were measured by the Bradford protein assay, were inflated due to the high bias caused by the copolymer degradation products.