Biomateriály a jejich medicínské využití Jiřina Medalová, Petra Černochová jipro@mail.muni.cz > Co všechno lze nahradit?? •Organické náhrady •Kůže a kožní deriváty oKůže, Vlasy, zuby, boltce, nos •Orgány oledviny, srdce, játra, plíce, pankreas, penis •Tkáně oRohovka, mozková plena, céva, kost, šlacha, srdeční chlopeň, končetina, prst •Buňky oKostní dřeň, naprogramované T buňky, spermie, vajíčka o •Neorganické náhrady oFalešné oko oKloub, kost oKončetina, prst oZub oCévní stent oMeziobratlová ploténka oSrdeční chlopně • •Kombinace buněk a neorganických nosičů - biomateriálů oKůže oCévy o3D modely tkání osídlené buňkami (srdce, ledviny…) o o o o o • • • Výsledek obrázku pro oční náhrady Výsledek obrázku pro transplantace jater ?????? > Typy transplantací •Autotransplantace – přemístění tkáně v rámci jedné osoby • • •Alotransplantace – dárce a příjemce jsou stejného druhu • • •Xenotransplantace – dárce a příjemce jsou různého druhu • • •Aloplastika – využití cizorodých materiálů Historie - Náhrady končetin, zubů 2500 př.n.l. Mexiko 800 př.n.l Egypt https://epochaplus.cz/egyptske-protezy-palcu-u-nohy-obstoji-i-v-dnesni-konkurenci/ http://www.lpdental.cz/p91/prvni-zubni-nahrady 1500 n.l. Japonsko 300 n.l Italie ?????? > Umělé náhrady 1938 - První totální náhrada kyčelního kloubu 1940 – Zavádění polymerů do medicíny - PMMA pro nápravu zlomených kostí - celulóza pro dialýzu - stehy z nylonu 1952 – první mechanická srdeční chlopeň 1953 – první náhrada cévy z polymerního dacronu 1976 – první arteficiální srdce 1975 - Založení společnosti pro biomateriály Vývoj materiálů a cíl dané generace materiálů: 1.generace – od 1950 – inertnost materiálů 2.generace – od 1980 – bioaktivita materiálů 3.generace – od 2000 – obnovení funkčních tkání Biomateriály Žádoucí vlastnosti - biokompatibilita: dobrá smáčivost, volná povrchová energie, povrchový náboj, konstantní drsnost, neimunogennost nekarcinogennost, nepyrogennost někdy je nutná samodegradovatelnost x vysoká stabilita - musí být sterilizovatelný - výroba musí být ekonomicky, časově i ekologicky nenáročná Postup testování - in vitro - buněčné kultury – analogická tkáň, buněčný model - cytotoxicita (cytokinetické parametry), mutagenita, imunogenita - in vivo – pyrogenita, systémová a akutní toxicita, imunogenita karcinogenita, mutagenita - myši prasátka lidé • Biomateriály a plazma Osteoartritida – kostní implantáty pokryté hydroxyapatitem pomocí plazmy https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28254288 - CaO-SiO2 plazmou nasprejovaný na keramiku https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18771893 Kardiovaskulární systém - chlopně s nepřilnavými vrstvami - hydrogely s imobilizovanými kmenovými buňkami https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25778713 Intervertebral disc – plazmou naspreovaný titan nebo titan + fosforečnan vápenatý https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15541680 Arteficiální cévy - nejrůznější polymery funkcionalizované plazmou https://www.mdpi.com/1996-1944/12/2/240 lskupina plazmových technologií na CEITEC (Doc. Zajíčková) lBiomateriály a tkáňové inženýrství, (FGÚ AVČR, doc. Bačáková) http://www.fgu.cas.cz/departments/biomaterialy-a-tkanove-i inzenyrstvi?publicationsCount=20 https://www.ceitec.cz/plazmove-technologie-lenka-zajickova/rg9 Spolupráce GAČR projekt: Plazmové polymery připravené na nanovlákenných membránách pro inženýrství cévní tkáně Povrchy tvořené polykaprolaktonem spřadeným do nanovláken a funkcionalizované aminy jsou vhodnými nosiči pro náhrady cév Studium endotelových a hladkosvalových buněk TAČR projekt: Nano4Wounds Povrchy tvořené polykaprolaktonem nebo poly kyselinou mléčnou spřadené do nanovláken a ošetřené ligninem, chitosanem, růstovými faktory Studium keratinocytů, fibrocytů a melanocytů Cévní náhrady s buňkami Výsledek obrázku pro cevní náhrada Membrány •Cell crowns (Scaffdex) – s membránami v 24 W desce - nejsou průsvitné, nutné fluorescenční barvení •Stanovení cytokinetických parametrů •Kokultivace endotelových buněk a VSMC • • Výsledek obrázku pro biomaterials for tomorrow Odolnost buněk vůči trypsinu I CTR 10W 30W 150W Chronické rány Nejčastější chronické rány •bércové vředy venózní etiologie (jsou jedním z projevů chronické žilní insuficience) •arteriální kožní vředy (projev pokročilé ischemické choroby dolních končetin) •Dekubity - proleženiny •neuropatické kožní vředy (jsou jedním z důsledků onemocnění diabetes mellitus) •kožní vředy v terénu lymfedému • • • Moderní léčba - vlhká terapie rány • profesor Winter, v roce 1962 jako první popsal, že udržování rány ve vlhkém stavu urychluje reepitelizaci Rána, která i přes adekvátní terapii nevykazuje po dobu 6–9 týdnů tendenci k hojení http://www.hojeniran.cz/moderni-lecba.aspx Chronické rány :: Hojení ran V grantu se budou používat membrány z nanovláken polykaprolaktonu a poly kyseliny mléčné -S naspreovanými solid lipid particles (SLPs) obsahujícími antibiotika - tetracykline a gentamicin -S naspreovanými nanočásticemi ligninu -Modifikace přidáním růstových faktorů a chitosanu Lign4Wound https://ibidi.com/img/cms/applications/live_cell_imaging/MV_CI_2Well_3Well.gif Culture-Insert 2 Well in µ-Dish 35 mm Wound healing assay Jak rychle „rána“ zaroste? Life imaging microscopy Shrnutí •Dlouhá a pestrá historie náhrad tkání a orgánů •Využití plazmy pro modifikace povrchů •Vytváření vysoce adhezních povrchů •Krytí ran, které podporuje granulaci a hojení tkáně a zároveň má antibiotický účinek o o oMetodiky, které používáme oStudium cytokinetiky (WB, qRT-PCR), konfokální mikroskop, mikroskopická časosběrná videa oKokultivace buněk na opačných stranách membrány oStanovení imunitní odpovědi (ELISA, PCR) Výsledek obrázku pro biomaterial science jipro@mail.muni.cz