АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Обзор литературы 6
1.1 Полимерные материалы для регенеративной медицины 7
1.2 Структура и свойства полилактида 8
1.3 Методы получения волокнистых изделий из полилактида 10
1.4 Методы модифицирования изделий из полилактида 15
1.5 Моноциты и макрофаги как основные участники иммунной реакции
на повреждение тканей 22
2 Материалы и методы исследования 28
2.1 Получение волокнистых материалов 28
2.2 Плазменное модифицирование поверхности материалов 29
2.3 Методы исследования физико-химических свойств полилактидных материалов 31
2.4 Методы исследования биологических свойств полилактидных материалов 35
3 Результаты и обсуждение 38
3.1 Влияние плазменной обработки на физико-химические свойства
поверхности материалов 38
3.2 Влияние плазменной обработки на цитотоксичность и
провоспалительные свойства материалов 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 60
Разработка материалов медицинского назначения на основе полимеров является одним из актуальных направлений современной науки. Важную задачу представляет правильный подбор состава и физико-химических и механических свойств изделия в зависимости от назначения изделия. Для материалов, нацеленных на стимуляцию заживления ран и восстановления кожных покровов, важным параметром является обеспечение трехмерной пористой архитектуры, с которой смогут взаимодействовать клетки. Прикрепление (адгезия) к материалу и проникновение клеток в поры в идеальном случае должно имитировать процессы, происходящие во внеклеточном матриксе (ВКМ) организма. Постепенное разрушение изделия и его замещение коллагеновыми волокнами и другими молекулами ВКМ должно обеспечивать восстановление кожных покровов без образования рубцовой ткани.
Несмотря на многообразие синтетических и природных соединений, которые исследователи комбинируют в составе материалов, часто требуется дополнительная обработка изделия для придания ему необходимых характеристик. Существует большое количество способов модифицирования, включающее тепловые, электрофизические, радиационные методы, обработку растворами биологически активных соединений и т.д. Одним из наиболее распространенных способов придания полимерному изделию необходимых свойств является плазменная обработка. Преимущество данного способа заключается в изменении свойств на глубину до одного или нескольких десятков нанометров с сохранением объемных свойств материала. Данный вид модифицирования позволяет изменять химический состав и шероховатость поверхности, и как следствие, влиять на контактные свойства изделия. Введение в плазмообразующий газ молекул азот- и кислородсодержащих соединений способствует прививанию на обрабатываемую поверхность полярных групп. В качестве такого соединения может быть использован диэтиламин (ДЭА).
Среди природных и синтетических соединений наиболее перспективным считается полилактид (ПЛ) благодаря его биоразлагаемости на нетоксичные составляющие - углекислый газ и воду. Кроме того, полилактид обладает ценовой доступностью и характеризуется относительно простой технологией изготовления продуктов различной архитектуры (нитей, пленок, волокнистых и губчатых материалов, материалов сложной формы и т.д.). В исходном виде ПЛ обладает плохой смачиваемостью водными средами и относительной биологической инертностью вследствие отсутствия специфических функциональных групп. Это может привести к негативному влиянию на окружающие клетки и иммунному отторжению материала. Биосовместимость изделий на основе полилактида можно улучшить посредством плазменной обработки поверхности. После модифицирования материала необходимо исследование его физико¬химических и биологических свойств.
Объектом исследования являются нетканые волокнистые изделия из полилактида, полученные методом электроспиннинга, обработанные низкотемпературной плазмой состава аргон и аргон/диэтиламин.
Целью данной работы является исследование влияния низкотемпературной плазмы в потоке аргона с добавлением паров диэтиламина на физико-химические свойства и биосовместимость нетканых материалов на основе полилактида.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Модифицирование поверхности образцов низкотемпературной плазмой тлеющего разряда в потоке аргона при варьировании концентрации паров диэтиламина в смеси.
2. Оценка физико-химических свойств поверхности, включающая исследования химического и элементного состава, структурно-фазового состояния, измерение краевого угла смачивания и расчет свободной поверхностной энергии, исследование морфологии поверхности.
3. Оценка влияния материалов на жизнеспособность макрофагов и на возникновение воспалительной реакции в условиях in vitro.
В процессе выполнения работы были получены нетканые волокнистые материалы на основе полилактида, модифицированные низкотемпературной плазмой тлеющего разряда в потоке аргона при варьировании концентрации паров диэтиламина в смеси.
На основании проведенных исследований сформулированы выводы, представленные ниже.
1. Наиболее подходящим для дальнейших исследований является материал (ПЛ/Аг/ДЭА1 (T)), модифицированный плазмой в потоке аргона при инжектировании паров диэтиламина (доля ДЭА составила 1 мас.%) в положительный столб плазмы (Т-реактор).
2. Установлено, что максимальная доля атомов азота на поверхности материалов составляет 11,4%, максимальная доля аминогрупп, привитых на поверхность, составляет 21,5%, доля амидных групп - 9,7%. Выявлено повышение доли связи углерода полимерной цепи с боковой метильной группой при одновременном снижении долей связей внутри основной полимерной цепи, на основании чего предположено частичное разрушение полимерной цепи в результате воздействия плазмой.
3. Установлено снижение степени кристалличности с 59% до 37%. Данное явление может оказывать влияние на улучшение биодеградируемости материала вследствие увеличения доли его аморфных областей.
4. Показано снижение краевого угла смачивания поверхности материала с 123,3° до 56,3° и с 142,5° до 66,2° для воды и глицерина соответственно. Вместе с тем отмечается увеличение значений свободной поверхностной энергии с 15,8 мН/м до 45,4 мН/м преимущественно за счет полярной компоненты поверхностной энергии. На основании этого сделан вывод о приобретении материалом гидрофильных свойств.
5. Плазменное модифицирование полилактида в потоке аргона и диэтиламина оказывает влияние на увеличение среднего диаметра волокон на 43% при сохранении волокнистой архитектуры материала и не приводит к возникновению дефектов.
6. Показано, что использование плазмы аргона с диэтиламином не оказывает негативного влияния на жизнеспособность макрофагов. Полученные результаты для образца ПЛ/Аг/ДЭА1 (T) находятся на уровне контроля. Данный образец не оказывает влияния на экспрессию ИЛ-6 и ИЛ-8 воспалительными макрофагами. Показано, что клетки, культивируемые в присутствии данного материала, секретируют в 4 раза меньше ФНО а, чем клетки, не взаимодействующие с ним. Однако концентрация ИЛ-10 повышена по сравнению с контролем, что может свидетельствовать о развитии макрофагами воспалительной реакции в присутствии образца.
