ОЦЕНКА БИОСОВМЕСТИМОСТИ МЕДИЦИНСКИХ МАТЕРИАЛОВ В КУЛЬТУРАХ ЭУКАРИОТ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1 Полимерные материалы для медицины и биоинженерии 10
1.1.1 Биоразлагаемые полимеры 12
1.1.2 Гидрогели 14
1.1.3 Хитозан 16
1.1.4 Полигидроксиалканоаты 17
1.1.5 Альгинаты 19
1.2 Использование клеточных культур в медицинском
биоматериаловедении 20
1.3 Оценка материалов при контакте с культурой эукариот 23
1.4 Антибактериальные и противогрибковые препараты 24
1.5 Органические пероксидные соединения 25
1.6 Способы депонирования препаратов в биополимерные носители 27
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 31
2.1 Объекты исследования 31
2.2 Изготовление пленочных образцов 32
2.3 Стерилизация пленочных образцов 33
2.4 Исследование высвобождения пероксида из полимерных пленок 33
2.5 Ведение клеточной культуры 34
2.5.1 Подсчет абсолютного количества адгезированных клеток 34
2.5.2 MTT-тест 36
2.6 Статистическая обработка результатов 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1 Полимерные материалы для медицины и биоинженерии 10
1.1.1 Биоразлагаемые полимеры 12
1.1.2 Гидрогели 14
1.1.3 Хитозан 16
1.1.4 Полигидроксиалканоаты 17
1.1.5 Альгинаты 19
1.2 Использование клеточных культур в медицинском
биоматериаловедении 20
1.3 Оценка материалов при контакте с культурой эукариот 23
1.4 Антибактериальные и противогрибковые препараты 24
1.5 Органические пероксидные соединения 25
1.6 Способы депонирования препаратов в биополимерные носители 27
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 31
2.1 Объекты исследования 31
2.2 Изготовление пленочных образцов 32
2.3 Стерилизация пленочных образцов 33
2.4 Исследование высвобождения пероксида из полимерных пленок 33
2.5 Ведение клеточной культуры 34
2.5.1 Подсчет абсолютного количества адгезированных клеток 34
2.5.2 MTT-тест 36
2.6 Статистическая обработка результатов 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
Все представления о биосовместимости материалов и предъявляемых к ним требованиям менялись в разные периоды разработки и применения медицинских материалов. В результате этого было сформулировано определение биосовместимости. Биосовместимость - это способность материала в любой специфической ситуации выполнять необходимую функцию в условиях соответствующих ответу организма хозяина. Определение было основано на трех принципах:
1) Материал должен выполнять какую-либо функцию, а не просто находиться в тканях;
2) Ответ, вызванный организмом, должен подходить для применения материала;
3) Характер ответа на определенный материал может изменяться в разных ситуациях.
Исходя из этих принципов, мы понимаем, что основное здесь - это взаимодействие двух компонентов: реципиента и самого материала. Но при этом необходимо учитывать и такие характеристики пациента, как пол, возраст, сопутствующие заболевания, прием лекарственных препаратов и т.д. Учитывая все эти факторы, характеристики и свойства материала нужно будет модифицировать и совершенствовать [1].
В настоящее время все исследования, которые проводятся с участием биомедицинских материалов, особо актуальны. В частности, основной проблемой является трансплантология органов и тканей, т.к. осуществление эффективной деятельности в сфере трансплантации является одной из составляющих концепции развития здравоохранения Российской Федерации. Реальная потребность в трансплантации в России составляет более 11000 трансплантаций почки в год, 2000 - печени; 1100 - сердца; 800 - легких; 300 - поджелудочной железы. Так же известна статистика о выполняемых с помощью доноров трансплантациях ежегодно: около 1000 трансплантаций почки; 200-240 - печени; 100-130 - сердца. Это в разы, в десятки раз меньше, чем требуется. Выполняемые 1300-1350 трансплантаций в год, обеспечивают всего 9-10% от всех требующихся операций. Основные ограничивающие факторы - это экономический фактор и ограниченное количество донорских органов. Существует высокая потребность в биоискусственных трансплантатах [2].
Достаточно часто к материалам для медицинской биоинженерии предъявляются повышенные требования. Существует потребность в биоактивных свойствах таких материалов и изделий из них. Например, для разработки биоискусственных тканей в условиях инфекции матриксный материал конструкции должен обладать антибактериальными свойствами. Этого эффекта можно добиться путем специфической модификации материала: добавлением антибактериальных/противовоспалительных препаратов либо изменением химической структуры соединения, либо добавлением групп -NO, -NH2, -H, а также включением в структуру материала наноформ тяжелых металлов, таких как серебро, золото, платина.
Для создания медицинских изделий используют такие материалы искусственного происхождения, как синтетические полимеры, биополимеры, гидроксиапатиты, металлы, керамику, углерод, биоткани. Эти материалы могут называться медицинскими материалами при условии, что они биосовместимы.
Были выделены основные свойства, которыми должны обладать чужеродные материалы, взаимодействующие с биологическими структурами человека и животных:
- не вызывать местных воспалительных реакций;
- не оказывать токсического действия;
- не быть канцерогенными и генотоксичными;
- не вызывать развития инфекций;
- сохранять свойства в течение предусмотренного срока эксплуатации.
Такие свойства являются основными для любого изделия, но в зависимости от места назначения им могут предъявляться дополнительные требования. Как, например, материалы для клапанов сердца должны не только выдерживать многократные механические нагрузки, но также и не подвергаться кальцификации.
Эффективность разработки и внедрения искусственных органов и тканей связана с возможностью клинического использования импортозамещающей высокотехнологичной отечественной продукции, которая не уступает по характеристикам самым лучшим зарубежным трансплантатам, но имеет стоимость намного ниже аналогичных зарубежных технологий.
Отдельно стоящей проблемой является разработка высокоэффективных форм противогрибковых препаратов. В современной клинической имплантологии грибковые инфекции являются особо серьезной и сложной проблемой, сопровождая иммуннодефицитные состояния при длительном приеме препаратов, подавляющих отторжение трансплантата. Следует ожидать, что подавлений супер-инфекций также будет не менее актуально при использовании биоинженерных конструкций вместо донорских тканей и органов в недалеком будущем, с учетом высоких рисков поражения культивируемых клеток грибковыми инфекциями в современной клеточной биологии. Высокий риск контаминации грибками обуславливает использование больших количеств антибиотиков-антимикотиков в питательных средах. При этом постоянная изменчивость грибковых культур делает актуальной разработку все новых антимикотических препаратов. Из всего разнообразия органических пероксидов триоксоланы являются наиболее перспективным классом для создания депо-формы, которая позволит контролировать выход вещества из матриксов, так как у них обнаружена высокая антипаразитарная и противоопухолевая активность [51].
Цель работы - разработка депо-формы, обеспечивающей контролируемый выход высокотоксичного соединения (органический пероксид ряда 1,2,4-триоксоланов) в матрикс на основе биоразрушаемых полимерных материалов.
Задачи:
1. Отработать технологию получения пленочных образцов методом отлива плотных растворов ПГА на обезжиренную поверхность;
2. Определить условия для соединения ПГА и 1,2,4-триоксоланов.
3. Изучить характеристики полученных пленок, в том числе по отношению к жидкостям;
4. Изучить характер высвобождения 1,2,4-триоксоланов из ПГА- пленок in vitro;
5. Провести сравнительную оценку цитотоксичности депо-форм 1,2,4-триоксоланов в ПГА по сравнению со свободным веществом.
1) Материал должен выполнять какую-либо функцию, а не просто находиться в тканях;
2) Ответ, вызванный организмом, должен подходить для применения материала;
3) Характер ответа на определенный материал может изменяться в разных ситуациях.
Исходя из этих принципов, мы понимаем, что основное здесь - это взаимодействие двух компонентов: реципиента и самого материала. Но при этом необходимо учитывать и такие характеристики пациента, как пол, возраст, сопутствующие заболевания, прием лекарственных препаратов и т.д. Учитывая все эти факторы, характеристики и свойства материала нужно будет модифицировать и совершенствовать [1].
В настоящее время все исследования, которые проводятся с участием биомедицинских материалов, особо актуальны. В частности, основной проблемой является трансплантология органов и тканей, т.к. осуществление эффективной деятельности в сфере трансплантации является одной из составляющих концепции развития здравоохранения Российской Федерации. Реальная потребность в трансплантации в России составляет более 11000 трансплантаций почки в год, 2000 - печени; 1100 - сердца; 800 - легких; 300 - поджелудочной железы. Так же известна статистика о выполняемых с помощью доноров трансплантациях ежегодно: около 1000 трансплантаций почки; 200-240 - печени; 100-130 - сердца. Это в разы, в десятки раз меньше, чем требуется. Выполняемые 1300-1350 трансплантаций в год, обеспечивают всего 9-10% от всех требующихся операций. Основные ограничивающие факторы - это экономический фактор и ограниченное количество донорских органов. Существует высокая потребность в биоискусственных трансплантатах [2].
Достаточно часто к материалам для медицинской биоинженерии предъявляются повышенные требования. Существует потребность в биоактивных свойствах таких материалов и изделий из них. Например, для разработки биоискусственных тканей в условиях инфекции матриксный материал конструкции должен обладать антибактериальными свойствами. Этого эффекта можно добиться путем специфической модификации материала: добавлением антибактериальных/противовоспалительных препаратов либо изменением химической структуры соединения, либо добавлением групп -NO, -NH2, -H, а также включением в структуру материала наноформ тяжелых металлов, таких как серебро, золото, платина.
Для создания медицинских изделий используют такие материалы искусственного происхождения, как синтетические полимеры, биополимеры, гидроксиапатиты, металлы, керамику, углерод, биоткани. Эти материалы могут называться медицинскими материалами при условии, что они биосовместимы.
Были выделены основные свойства, которыми должны обладать чужеродные материалы, взаимодействующие с биологическими структурами человека и животных:
- не вызывать местных воспалительных реакций;
- не оказывать токсического действия;
- не быть канцерогенными и генотоксичными;
- не вызывать развития инфекций;
- сохранять свойства в течение предусмотренного срока эксплуатации.
Такие свойства являются основными для любого изделия, но в зависимости от места назначения им могут предъявляться дополнительные требования. Как, например, материалы для клапанов сердца должны не только выдерживать многократные механические нагрузки, но также и не подвергаться кальцификации.
Эффективность разработки и внедрения искусственных органов и тканей связана с возможностью клинического использования импортозамещающей высокотехнологичной отечественной продукции, которая не уступает по характеристикам самым лучшим зарубежным трансплантатам, но имеет стоимость намного ниже аналогичных зарубежных технологий.
Отдельно стоящей проблемой является разработка высокоэффективных форм противогрибковых препаратов. В современной клинической имплантологии грибковые инфекции являются особо серьезной и сложной проблемой, сопровождая иммуннодефицитные состояния при длительном приеме препаратов, подавляющих отторжение трансплантата. Следует ожидать, что подавлений супер-инфекций также будет не менее актуально при использовании биоинженерных конструкций вместо донорских тканей и органов в недалеком будущем, с учетом высоких рисков поражения культивируемых клеток грибковыми инфекциями в современной клеточной биологии. Высокий риск контаминации грибками обуславливает использование больших количеств антибиотиков-антимикотиков в питательных средах. При этом постоянная изменчивость грибковых культур делает актуальной разработку все новых антимикотических препаратов. Из всего разнообразия органических пероксидов триоксоланы являются наиболее перспективным классом для создания депо-формы, которая позволит контролировать выход вещества из матриксов, так как у них обнаружена высокая антипаразитарная и противоопухолевая активность [51].
Цель работы - разработка депо-формы, обеспечивающей контролируемый выход высокотоксичного соединения (органический пероксид ряда 1,2,4-триоксоланов) в матрикс на основе биоразрушаемых полимерных материалов.
Задачи:
1. Отработать технологию получения пленочных образцов методом отлива плотных растворов ПГА на обезжиренную поверхность;
2. Определить условия для соединения ПГА и 1,2,4-триоксоланов.
3. Изучить характеристики полученных пленок, в том числе по отношению к жидкостям;
4. Изучить характер высвобождения 1,2,4-триоксоланов из ПГА- пленок in vitro;
5. Провести сравнительную оценку цитотоксичности депо-форм 1,2,4-триоксоланов в ПГА по сравнению со свободным веществом.
1. Отработана технология получения пленочных образцов методом отлива плотных растворов ПГА на обезжиренную поверхность. Получены ПГА-пленки, содержащие 0,008%; 0,016%; 0,024% DF-70.
2. Образцы депо-форм получаются при соединении раствора П(3ГБ/3ГВ) в дихлорметане с DF-70 в сухом виде, с концентрациями: П(3ГБ/3ГВ) - 2,3% и DF-70(1)- 1,8 х 10-4% , DF-70(2)- 3,7 х 10-4%, DF- 70(3) - 5,5 х 10-4%; для получения гомогенных растворов обоих компонентов была использована магнитная мешалка MR Hei-Standart (Heidolph, Германия) с подогревом реакционного сосуда в течение 15 минут.
3. При исследовании характеристик поверхности n(3FB/3rB)/DF-70 установлено, что включение в состав пленки из ПГА DF-70 изменяет гидрофобность/гидрофильность пленки: контактный угол смачивания П(3ГБ/3ГВ)90/10 мол.% составляет 62,3±1,56О, a n(3rB/3rB)/DF-70 от 78,0±1,54О до 92,5±1,49О.
4. Толщина пленочных образцов составила: П(3ГБ/3ГВ)/90/10 мол.% - 22±2; n(3rB/3rB)/DF-70 0,008% - 33±2; П(3ГБ/3ГВ)№-70 0,016% - 29±2; n(3rB/3rB)/DF-70 0,024% - 26±2.
5. Установлено, что DF-70 полностью выходит из пленок ПГА с концентрацией DF-70 0,008%; 0,016%; 0,024% в течение 4 суток при постепенном высвобождении, начиная с первого часа.
6. Проведенная in vitro оценка цитотоксичности на примере фибробластов мыши линии NIH 3T3 показала высокий уровень цитотоксичности у депо-пленок n(3rB/3rB)/DF-70 с различными концентрациями DF-70. Полученные данные позволяют планировать эксперименты по оценке фунгицидного эффекта DF-70 in vitro.
2. Образцы депо-форм получаются при соединении раствора П(3ГБ/3ГВ) в дихлорметане с DF-70 в сухом виде, с концентрациями: П(3ГБ/3ГВ) - 2,3% и DF-70(1)- 1,8 х 10-4% , DF-70(2)- 3,7 х 10-4%, DF- 70(3) - 5,5 х 10-4%; для получения гомогенных растворов обоих компонентов была использована магнитная мешалка MR Hei-Standart (Heidolph, Германия) с подогревом реакционного сосуда в течение 15 минут.
3. При исследовании характеристик поверхности n(3FB/3rB)/DF-70 установлено, что включение в состав пленки из ПГА DF-70 изменяет гидрофобность/гидрофильность пленки: контактный угол смачивания П(3ГБ/3ГВ)90/10 мол.% составляет 62,3±1,56О, a n(3rB/3rB)/DF-70 от 78,0±1,54О до 92,5±1,49О.
4. Толщина пленочных образцов составила: П(3ГБ/3ГВ)/90/10 мол.% - 22±2; n(3rB/3rB)/DF-70 0,008% - 33±2; П(3ГБ/3ГВ)№-70 0,016% - 29±2; n(3rB/3rB)/DF-70 0,024% - 26±2.
5. Установлено, что DF-70 полностью выходит из пленок ПГА с концентрацией DF-70 0,008%; 0,016%; 0,024% в течение 4 суток при постепенном высвобождении, начиная с первого часа.
6. Проведенная in vitro оценка цитотоксичности на примере фибробластов мыши линии NIH 3T3 показала высокий уровень цитотоксичности у депо-пленок n(3rB/3rB)/DF-70 с различными концентрациями DF-70. Полученные данные позволяют планировать эксперименты по оценке фунгицидного эффекта DF-70 in vitro.
Подобные работы
- ОЦЕНКА БИОСОВМЕСТИМОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Бакалаврская работа, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4750 р. Год сдачи: 2020