Development of the novel hybrid hydrogel materials for tissue engineering

Celem pracy było otrzymanie i określenie właściwości fizykochemicznych oraz biologicznych nowych hydrożelowych materiałów hybrydowych, potencjalnie przydatnych jako rusztowania do hodowli komórkowych. Materiały te składają się z sfunkcjonalizowanych grupami metakrylanowymi żelatyny i alginianu sodu, dzięki czemu możliwe było ich fotosieciowanie z utworzeniem hydrożeli. Dodatkowo w celu poprawy właściwości bioaktywnych materiałów do układu wprowadzono nanocząstki krzemionkowe o dwóch rozmiarach i różnych stężeniach. Materiały wykorzystane w ramach niniejszej pracy są biodegradowalne, co oznacza, że po spełnieniu swojej roli będą ulegać samoistnemu rozkładowi - nie powodując przy tym negatywnych konsekwencji.Dokonano charakterystyki fizykochemicznej uzyskanych materiałów (określono frakcję żelu, stopień pęcznienia, moduł sprężystości). W celu zbadania bioaktywności otrzymane materiały zostały poddane procesowi mineralizacji w sztucznym osoczu (SBF). Czas inkubacji został zoptymalizowany do 7 dni po czym weryfikowano powstawanie na powierzchni materiałów fazy mineralnej przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) a także spektroskopii dyspersji promieniowania rentgenowskiego (EDS). Na podstawie uzyskanych wyników potwierdzono, że dodanie do matrycy polimerowej nanocząstek krzemionkowych efektywnie wspomaga proces mineralizacji. Wykonano również badania in vitro wskazujące na to, iż otrzymane materiały nie wykazują toksyczności wobec zastosowanych linii komórkowych: mysie fibroblasty zarodkowe (MEF) oraz ludzkie komórki nowotworowe kości.The main goal of this work was synthesis and physicochemical and biological characterization of the novel hybrid hydrogel materials as a potential scaffold for tissue engineering. These materials consist of functionalized with methacrylate groups gelatin and alginate which allowed for photocrosslinking and hydrogels preparation. Silica nanoparticles of two sizes and various concentrations were introduced to polymeric matrix to enhance the bioactive properties of the resulted hybrid materials. The studied materials are biodegradable and therefore they are expected to dissolve after fulfilling their role, with no harm to the organism.The physicochemical characterization of the obtained materials was done (assessment of the gel fraction, swelling ratio and elastic modulus).In order to evaluate the bioactivity developed materials were mineralized under simulated body fluid conditions (SBF). The optimized incubation time was 7 days and after that the creation on the materials’ surface the mineral phase was verified using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). On the basis on SEM and EDS findings it was confirmed that silica nanoparticles effectively support mineralization of the polymeric matrix. In vitro studies were also conducted and it was demonstrated that obtained materials do not show toxic properties with regard to cell lines used, such as mouse embryonic fibroblasts (MEF) or human bone tumor cells