Syntéza pyrrol-cyklodextrinových konjugátů pro tkáňové inženýrství
Loading...
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Tato práce si klade za cíl připravit pokročilý materiál pro tkáňové inženýrství a především hlouběji pochopit vliv povrchové úpravy na interakci substrátu s biologickou hmotou. Tento materiál dále poslouží jako platforma pro cílovou aplikaci v oblasti regenerace nervové tkáně. Navzdory intenzivnímu výzkumu v průběhu posledních několika dekád trpí tkáňové nosiče řadou nedostatků. Jedním z nich je netečnost implantátů, které neposkytují nezbytné podněty pro stimulaci buněčného růstu. Současná analytická chemie však disponuje širokou paletou metod, které nám pomáhají pochopit základní děje probíhající při interakci biologické hmoty s povrchem materiálu. Tyto nástroje také hrají důležitou roli při designování nových tkáňových nosičů, které dnes mohou být připraveny řadou pokročilých metod. Nejen proto jsme se rozhodli zkombinovat znalosti z několika různých oblastí a vytvořit postup pro přípravu pokročilého materiálu se zajímavými vlastnostmi pro tkáňové inženýrství. Námi navržený tkáňový nosič je postaven na 3D vlákenné polymerní síti, která byla vyrobena elektrostatickým zvlákňováním. Tato technika umožňuje produkci vlákenného materiálu s variabilními mechanickými vlastnostmi, morfologií nebo stabilitou ve fyziologickém prostředí. Ačkoliv elektrostatické zvlákňování produkuje náhodně uspořádaná vlákna, tak poskytuje dobrou kontrolu nad průměrem vláken či tloušťkou vznikající vrstvy. Orientace vláken dále propůjčuje materiálu schopnost ovlivňovat směr růstu buněk.Je obecně známo, že interakce většiny typů buněk s materiálem je zprostředkována adhezními proteiny. Tyto biomolekuly jsou adsorbovány na povrchu a následně rozpoznány specifickými membránovými receptory. Záměrem našeho výzkumu je v první řadě syntéza pyrrol-cyklodextrinových derivátů, které mohou být následně deponovány na povrch zvoleného materiálu. Alternativní cestou je pokrytí vlákenného substrátu vhodným beta-substituovaným derivátem polypyrrolu, jehož funkční skupiny budou v následném kroku využity pro navázání cyklodextrinových makrocyklů. Věříme, že lipofilní kavita cyklodextrinu umožní díky slabým nevazebným interakcím s proteiny jejich přitažení k povrchu, čímž dojde k vytvoření struktury připomínající extracelulární hmotu. Tato interakce povede k adsorpci proteinů v jejich přirozené prostorové konformaci, což bude mít za následek lepší adhezi a proliferaci buněk. Povrchová vrstva vodivého polypyrrolu může být navíc využita k elektrické stimulaci růstu buněk. Očekáváme, že studium takového tkáňového nosiče přinese zajímavé informace o interakci buněk s materiálem a otevře cestu k pokročilým biologicky aktivním materiálům pro tkáňové inženýrství.
This thesis aims to prepare new composite material for tissue engineering and to understand the effect of surface functionalization on the cell-material interaction. This scaffold will serve as a primary platform for future development towards its ultimate application in the field of nervous tissue regeneration. Despite decades of intensive research, the majority of implants suffers from many drawbacks. One of them is the inertness of material which cannot provide essential cues for cell stimulation and growth. However, contemporary analytical chemistry together with advanced techniques for materials synthesis offers considerable variability in scaffolds design. Therefore, we have decided to combine knowledge from several different research areas and create procedures for the preparation of novel materials with exciting features. Our scaffold is based on the 3D fibrous polymeric network made by electrospinning process. This technique enables the production of materials with tunable mechanical properties, morphology or stability in the physiological environment. Although electrospinning is a random process, there is reasonable control over the diameter and morphology of the fibres. Other indisputable advantages are high productivity and the possibility of incorporating various compounds, nanoparticles or even biomolecules into the fibrous structure. Moreover, aligned fibres can also be prepared using a rotating collector or by drawing technique which is under intensive development in cooperation with our colleagues. The orientation of fibres also imparts another level of control over the cell adhesion and growth.It is generally known that adhesive proteins mediate cell-material interaction. These biomolecules are absorbed onto the surface and are recognised by specific membrane receptors. Therefore, one option of our research is the synthesis of pyrrole-cyclodextrin monomers which could be copolymerized with pyrrole creating desirable core-shell material with cyclodextrin decorated surface. The alternative route would be based on the preparation of a fibrous matrix with deposited beta-substituted polypyrrole layer. In the next step, suitable binding places would be utilised for the final cyclodextrin immobilisation. We believe, that cyclodextrin lipophilic cavity could attract adhesion mediating proteins by non-bonding interaction and thus create extracellular matrix mimicking structures on the surface. Such interactions allow absorption of proteins in their natural spatial conformation which ultimately leads to significantly better cell adhesion and growth. Moreover, the core-shell 3D matrix with a deposited conductive polypyrrole layer on the surface could be used for cell guidance by external electric stimulation. The study of the scaffold mentioned above should bring us new information about cell-material interaction and make a step forward to the future bioresponsive material for tissue engineering.
This thesis aims to prepare new composite material for tissue engineering and to understand the effect of surface functionalization on the cell-material interaction. This scaffold will serve as a primary platform for future development towards its ultimate application in the field of nervous tissue regeneration. Despite decades of intensive research, the majority of implants suffers from many drawbacks. One of them is the inertness of material which cannot provide essential cues for cell stimulation and growth. However, contemporary analytical chemistry together with advanced techniques for materials synthesis offers considerable variability in scaffolds design. Therefore, we have decided to combine knowledge from several different research areas and create procedures for the preparation of novel materials with exciting features. Our scaffold is based on the 3D fibrous polymeric network made by electrospinning process. This technique enables the production of materials with tunable mechanical properties, morphology or stability in the physiological environment. Although electrospinning is a random process, there is reasonable control over the diameter and morphology of the fibres. Other indisputable advantages are high productivity and the possibility of incorporating various compounds, nanoparticles or even biomolecules into the fibrous structure. Moreover, aligned fibres can also be prepared using a rotating collector or by drawing technique which is under intensive development in cooperation with our colleagues. The orientation of fibres also imparts another level of control over the cell adhesion and growth.It is generally known that adhesive proteins mediate cell-material interaction. These biomolecules are absorbed onto the surface and are recognised by specific membrane receptors. Therefore, one option of our research is the synthesis of pyrrole-cyclodextrin monomers which could be copolymerized with pyrrole creating desirable core-shell material with cyclodextrin decorated surface. The alternative route would be based on the preparation of a fibrous matrix with deposited beta-substituted polypyrrole layer. In the next step, suitable binding places would be utilised for the final cyclodextrin immobilisation. We believe, that cyclodextrin lipophilic cavity could attract adhesion mediating proteins by non-bonding interaction and thus create extracellular matrix mimicking structures on the surface. Such interactions allow absorption of proteins in their natural spatial conformation which ultimately leads to significantly better cell adhesion and growth. Moreover, the core-shell 3D matrix with a deposited conductive polypyrrole layer on the surface could be used for cell guidance by external electric stimulation. The study of the scaffold mentioned above should bring us new information about cell-material interaction and make a step forward to the future bioresponsive material for tissue engineering.
Description
Subject(s)
pyrrol, cyklodextrin, polypyrrol, funkcionalizace povrchu, tkáňové inženýrství, pyrrole, cyclodextrin, polypyrrole, surface functionalization, tissue engineering