Materiały do regeneracji kości wzbogacone trontem

Zaprezentowana poniżej praca inżynierska obejmuje zagadnienia związane z medycyną regeneracyjną,
a w szczególności, z biomateriałami stosowanymi w rozwiązaniach inżynierii tkankowej. Dziedzina ta
opiera się na zastosowaniu naturalnych komórek, które są hodowane i namnażane w celu odbudowy
bądź regeneracji uszkodzonych tkanek, narządów lub ich fragmentów. Obecnie, najczęściej
stosowanym rozwiązaniem w inżynierii tkankowej są przestrzenne rusztowania - scaffoldy -
zapewniające optymalne środowisko wzrostu komórek oraz stymulujące ich rozwój.
Ciekawą odmianą scaffoldów przeznaczonych do regeneracji kości są ceramiczne rusztowania o
kulistym kształcie i porowatej strukturze, zawierające fosforany wapnia, naturalnie obecne w kości,
które zapewniają wsparcie mechaniczne uszkodzonej kości oraz stymulują proces jej odbudowy.
Mikrosfery charakteryzują się lepszym dopasowaniem do kształtu ubytku, a także zapewnieniem
odpowiedniej wielkości przerw pomiędzy sobą, które ułatwiają proces osteointegracji. Ponadto
mikrosfery zawieszone w odpowiednim roztworze, w postaci pasty, mogą być wprowadzane do
miejsca ubytku na drodze wstrzykiwania, dzięki czemu idealnie wypełniają całą dostępną przestrzeń w
kości, bez względu na kształt czy rozmiar uszkodzenia.
Projekt ten obejmuje proces wytworzenia oraz następnie charakterystykę hydroksyapatytowych
mikrosfer oraz hydroksyapatytowych mikrosfer wzbogaconych w stront, spełniających rolę kulistych
scaffoldów stosowanych w procesie regeneracji kości. Celem zastosowania tego pierwiastka
śladowego, jest potwierdzony w literaturze, pozytywny wpływ strontu na proces przebudowy kości.
Mikrosfery wytworzone zostały metodą wytłaczania kropelek z zastosowaniem nanohydroksyapatytu
oraz mikrohydroskyapatytu. Następnie otrzymane biomateriały zostały scharakteryzowane przy
użyciu różnych technik doświadczalnych, takich jak: Fourier Transform Infrared Spectroscopy
(FTIR), Confocal Raman Microscopy (CRM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy
Dispersive Spectroscopy (SEM), and X-ray Diffraction (XRD). Ponadto oceniony został wpływ
mikrosfer na linię komórkową kości MC3T3-E1. Ostatnim etapem niniejszej pracy było
scharakteryzowanie z użyciem konfokalnej spektroskopii Ramana, nowopowstałej kości w defekcie
kości owczej. Ubytek charakteryzowany był po ośmiu tygodniach od wprowadzenia do niego
bogatych w stront mikrosfer zawierających nanohydroksyapatyt.

This project is based on the realisation of one of the solutions for regenerative medicine. It concerns
the use of biomaterials in tissue engineering. The idea behind the therapy is the use of natural tissue
cells, which are cultured and expanded to complete scar tissue in the human body. The main tool for
this are currently scaffolds that stimulate the cells to grow and provide them with an optimal
environment in terms of space or access to nutrients or growth factors while providing protection and
support to the injured tissue.
An interesting approach for bone regeneration is the use of scaffolds of porous calcium phosphate
ceramic microspheres that will act as a mechanical reinforcement and will alsopromote new bone
formation. Spherical particles are more adequate for implantation because of their unique packing
characteristics which allows to maintain equal and uniform spacing between particles and promoting
efficient osteoconductivity. Furthermore, microspheres combined with a vehicle can be injected thus
enabling the filling of defects of miscellaneous sizes and shapes.
The aim of the project was toprepare and characterise hydroxyapatite and Sr-rich hydroxyapatite
microspheres to be used as a scaffold for bone regeneration. The purpose of incorporating this trace
element relies on the growing evidence that strontium has beneficial effects on bone remodelling. The
microspheres were prepared using the droplet extrusion methodand hydroxyapatite powders with nano
and micro granulometry and were characterised using different experimental techniques namely
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Confocal Raman Microscopy (CRM), Scanning
Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (SEM), and X-ray Diffraction (XRD).
The charge of the particles was also evaluated as well as its behaviour in the presence of MC3T3-E1
cell line. Another objective of the present study was to characterise by Confocal Raman Spectroscopy
the new bone formed in a critical defect in sheep vertebra after the implantation of an injectable
system containing Sr- rich microspheres.