Polysacharidové freeze-thaw hydrogely určené pro biomedicínské aplikace

Polysaccharide freeze-thaw hydrogels for biomedical applications

abstract

Czech

V této práci byla pro přípravu hydrogelových materiálů použita polysacharidová sodná sůl karboxymethylcelulózy (CMC) kombinovaná s dalšími syntetickými látkami, a to s poly(vinylalkoholem) (PVA) a změkčovadlem, které zvyšují mechanické a viskoelastické vlastnosti výsledného hydrogelu. Tyto tři složky společně vytvářely hydrogelovou síť, jejíž tuhost bylo možné řídit jak změnou poměrů mezi jednotlivými složkami, tak i různými molekulovými hmotnostmi použitého PVA. Hydrogelové směsi byly následně fyzikálně síťovány metodu „freeze-thaw“, kdy se opakovaným zamrazováním a rozmazováním vytváří „krystalické uzly“ mezi jednotlivými polymerními řetězci, které zvyšují stabilitu hydrogelové struktury. Připravené hydrogely byly testovány z hlediska jejich hydrolytické stability ve fyziologických podmínkách, dále byly měřeny reologické a biologické vlastnosti a také možnost 3D tisku. Bylo zjištěno, že výsledné především mechanické vlastnosti hydrogelů a jejich tisknutelnost se nejvíce odvíjejí od molekulové hmotnosti a stupně hydrolýzy PVA, kdy je možné připravit celou škálu visko-elastických vlastností materiálů od hydrogelových nosičů léčiv, přes 3D tištěné struktury měkkých tkání, kryty ran, matrice pro sledování buněk až po implantáty imitující chrupavku.

In this work, the polysaccharide sodium carboxymethylcellulose (CMC) combined with other synthetic substances, namely poly(vinyl alcohol) (PVA) and a plasticizer, was used for the preparation of hydrogel materials, which increase the mechanical and viscoelastic properties of the resulting hydrogel. These three components together created a hydrogel network, the stiffness of which could be controlled both by changing the ratios between the individual components and also by different molecular weights of the PVA used. The hydrogel mixtures were then physically cross-linked by the "freeze-thaw" method, where by repeated freezing and smearing, "crystalline knots" are created between the individual polymer chains, which increase the stability of the hydrogel structure. The prepared hydrogels were tested for their hydrolytic stability in physiological conditions, rheological and biological properties were also measured, as well as the possibility of 3D printing. It was found that the resulting mechanical properties of hydrogels and their printability mostly depend on the molecular weight and the degree of hydrolysis of PVA, when it is possible to prepare a whole range of visco-elastic properties of materials from hydrogel drug carriers to 3D printed soft tissue structures, wound covers, matrices for tracking cells to implants imitating cartilage.

hydrogely, PVA, CMC, metoda zamrazování-rozmrazování, visko-elastické vlastnosti

hydrogels, PVA, CMC, freeze-thaw method, visco-elastic properties

BRTNÍKOVÁ, J.; KONEČNÁ, G.; CHAMRADOVÁ, I.; VOJTOVÁ, L.

17. 9. 2024

České vysoké učení technické v Praze

Praha

978-80-01-07334-6

Biomateriály a jejich povrchy XVII.

1

50

50

89

https://www2.irsm.cas.cz/ext/biomaterialy/download/BIOMATERIALY_A_JEJICH_POVRCHY_XVII.pdf