Projekti / Programi
Biopovršinska modifikacija materialov za umetne žile na osnovi poliestrov z aminokislinami, peptidi in glikozaminoglikani za kontrolirano adhezijo proteinov in izboljšanje endotelizacije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Biopovršinska modifikacija, umetne žile, aminokisline, peptidi, glukozaminiglikani, endotelizacija
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
37632 |
dr. Matej Bračič |
Kemija |
Vodja |
2018 - 2020 |
147 |
Organizacije (1)
Povzetek
Razumevanje in nadzor adsorpcije proteinov in trombocitov na površinah žilnih vsadkov je bistvenega pomena za racionalno zasnovo in uporabo materialov, ki se uporabljajo v žilnem tkivnem inženirstvu. Nespecifična adsorpcija proteinov in trombocitov lahko prepreči endotelizacijo, kar vodi do okužb, povezanih z žilnimi vsadki. Te so znane po tem, da jih je težko zdraviti saj lahko povzročijo resne zaplete in zavrnitev žilnih vsadkov.
Umetne žile, najpogosteje narejene iz poliesternih materialov, so znani po svoji odlični biokompatibilnosti, vendar so zaradi svoje hidrofobnosti, biološke inertnosti in pomanjkanja reaktivnih mest za nadaljnjo biofunkcionalizacijo zelo nagnjene k nespecifični adsorpciji proteinov. To vodi do adhezije in agregacije trombocitov ter posledične tvorbe in okluzije .
V zadnjem času se na področju biomaterialov, zaradi svoje visoke biokompatibilnosti in izredno široke topnosti v kislinah in organskih topilih, vse pogosteje uporablja polikaprolakton (PCL). Znan je po tem, da ga je mogoče enostavno obdelati in tvoriti različne 3D strukture (npr. elektropredenje žil) z nadzorovano velikostjo por, večplastne strukture in drugime celovite strukture. Zaradi odlične obdelave je idealen kandidat za izdelavo elektropredenih žilnih vsadkov. Elektropredenje se je izkazalo za zelo učinkovito in cenovno ugodno metodo, ki se večinoma uporablja za izdelavo in razvoj cevastih vsadkov iz mikro- in nanostrukturiranih vlaken, ki posnemajo mikrookolje naravnega zunajceličnega matriksa in spodbujajo endotelizacijo. Čeprav kombinacija PCL in elektropredenja zagotavlja skoraj idealne osnove pogoje za oblikovanje material namenjenega za žilne vsadke, je sam PCL, kot je značilno tudi za druge poliestre, še vedno nagnjen k nespecifični adsorpciji proteinov in nastanku tromboze.
Potencialna rešitev te problematike je uporaba biokompatibilnih molekul, kot so aminokisline, peptidi in glikozaminoglikani za modifikacijo površine PCL za izboljšanje njene bioaktivnosti. Celovita in podrobna študija o interakcijah aminokislin, peptidov in glikozaminoglikanov s tankimi filmi in elektropredenimi PCL substrati in kasneje interakcija takšnih modificiranih površin s proteini, trombociti in endotelijskimi celicami z natančnimi površinsko občutljivimi tehnikami kot sta kremenova mikrotehtnica (QCM-D) in večparametrična površinska plazmonska resonanca (MP-SPR) je bistvenega pomena za razumevanje problema kot celote in za naslednji velik korak na področju umetnih žilnih vsadkov.
Namen tega projekta je bio-funkcionalizirati površino nanometričnih PCL filmov z aminokislinami, peptidi in glikozaminoglikani, ter sistematično in podrobno preučevati interakcije teh bioaktivnih površin s krvnimi proteini in trombociti z uporabo najsodobnejših površinsko občutljivih analtiskih tehnik (QCM -D in MP-SPR). S tem pridobljeno znanje se bo preneslo v oblikovanje 3D strukturirane in visoko bioaktivne elektropredene PCL matrice, na kateri bo izvedeno testiranje rasti endotelijskih celic, z namenom da se ugotovi njen potencial kot biokompatibilni umetni žilni vsadek.
Pomen za razvoj znanosti
Za dosego vseh mejnikov in končnega cilja podoktorskega projekta bo potreben multidisciplinarni pristop, ki združuje znanja s področja kemije in fizike materialov kot so proizvodnja nano vlaken z metodo elektropredenjem, izdelava modelnih filmov s »spin-coating« metodo, preskušanje površinskih, morfoloških in fizikalno-kemijskih lastnosti z najsodobnejšo raziskovalno opremo. Zelo pomembno vlogo pa bo igrala povezava znanj iz omenjenih področij z znanjem iz biomedicine kot je rast endotelijskih celic. Slednje bo pripeljalo do obsežne zbirke podatkov in znanja o interakcijah biomolekul s trdnimi površinami in njihovimi interakcijami z živimi organizmi kot so endotelne celice. Vpliv površinskih, morfoloških in fizikalno-kemijskih lastnosti materialov namenjenih za izdelavo umetnih žil na adhezijo, proliferacijo in razraščanje endotelijskih celic je ne temeljito raziskano in v veliko primerih še neznano. Znanja pridobljena iz omenjenih raziskav bodo odgovorila na nekaj kritičnih vprašanj iz omenjenih področij in bodo omogočila raziskovalcem na področjih kemije, kemijskega inženirstva, biomedicine itd., da naredijo velik korak naprej v razumevanju in izdelovanju naprednih biomaterialov za uporabo v stiku z živimi tkivi. S tem namenom je dogovorjeno tudi sodelovanje z dr. Urošem Maverjem iz Medicinske fakultete Univerze v Mariboru, kjer se bodo izvedli testi rasti endotelijskih celic.
Vsi rezultati projekta bodo objavljeni v revijah z visokim faktorjem vpliva in bodo predstavljeni tudi na mednarodnih konferencah. Interdisciplinarni pristop bo povečal potencialni učinek rezultatov.
Pomen za razvoj Slovenije
A multidisciplinary approach, combining knowledge from scientific fields like chemistry, material physics (manufacturing of electrospun fibres, manufacturing of thin films cy spin-coating, testing surface, morphological, and physicochemical properties of the materials with state of the art equipment) and biochemistry (growth of endothelial cells) will be necessary to achieve all milestones and the main aim of the post-doctoral project. Especially the interaction of such biomaterials with the endothelial cells will play a crucial role. The influence of surface, morphological, and physicochemical properties of the biomaterials on the adhesion, spreading, and proliferation of endothelial cells is lacking knowledge and is mostly unexplored. The knowledge gained from the research in this project will answer some critical questions in all the above-mentioned fields and will allow other researchers in the fields of chemistry, material physics, biochemistry, etc. To make a big leap forward in understanding and manufacturing of advanced biomaterials to be used in contact with living tissue. Therefore, a cooperation with dr. Uroš Maver from the Medical faculty Maribor was established in order to perform the endothelial cell growth tests.
All project results will be published in journals of high impact factor and will be presented at international conferences. The interdisciplinary approach will increase the impact of the results.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
