Помощь студентам в учебе
НОВЫЕ МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО И ОБЪЕМНОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИЭФИРОВ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ
|
Введение 6
Глава 1 Литературный обзор 12
1.1 Использование скаффолдов на основе биоразлагаемых полимеров в
медицине 12
1.1.1 Биоразлагаемые волокнистые скаффолды для целевой доставки
лекарственных средств 12
1.1.2 Биоразлагаемые волокнистые скаффолды в регенеративной
медицине 13
1.2 Поли(е-капролактон) и поли(молочная кислота) 14
1.3 Методы формования скаффолдов на основе биоразлагаемых
полиэфиров 17
1.3.1 Электроформование 17
1.3.2 Формование под действием центробежной силы 17
1.3.3 Аэродинамическое формование 18
1.3.4 Фазовое разделение 18
1.3.5 Прядильная технология с контролируемыми параметрами 18
1.3.6 Методы модифицирования скаффолдов на основе биоразлагаемых
полиэфиров 20
1.3.7 Методы поверхностного модифицирования 20
1.3.8 Методы модифицирования в объеме 23
Глава 2 Экспериментальная часть 25
Глава 3. Поверхностное модифицирование с использованием обработки смесью хорошего и плохого растворителей 35
3.1 Поверхностное модифицирование пленок из поли(молочной кислоты) .. 35
3.1.1 Выбор системы «хороший/плохой растворитель» 36
3.1.2 Подбор условий проведения модифицирования 36
3.1.3 Качественная и количественная оценка результатов модифицирования пленок из поли(молочной кислоты) 39
3.2 Получение скаффолдов на основе поли(е-капролактона) и поли(молочной
кислоты), содержащих иод на поверхности волокон, с использованием метода «хороший/плохой растворитель» 47
3.2.1 Подбор состава системы «хороший/плохой растворитель» 48
3.2.2 Изучение динамики нанесения иода на поверхность волокон 53
3.3 Физико-химические свойства скаффолдов, содержащих иод на
поверхности волокон 54
3.3.1 Морфология скаффолдов, содержащих иод на поверхности волокон 54
3.3.2 Механические свойства скаффолдов, содержащих иод на поверхности
волокон 57
3.4 Антибактериальные свойства скаффолдов, содержащих иод на
поверхности волокон 57
3.5 Получение скаффолдов на основе поли(молочной кислоты), содержащих
желатин на поверхности волокон, с использованием метода «хороший/плохой растворитель» 60
3.6 Физико-химические свойства скаффолдов, содержащих желатин на
поверхности волокон 62
3.6.1 Морфология скаффолдов, содержащих желатин на поверхности
волокон 62
3.6.2 Гидрофильность скаффолдов, содержащих желатин на поверхности
волокон 64
3.6.3 Механические свойства скаффолдов, содержащих желатин на
поверхности волокон 64
3.7 Исследование биосовместимости скаффолдов, содержащих желатин на
поверхности волокон 65
3.8 Краткие выводы по главе 3 66
Глава 4. Получение композитных материалов, модифицированных в объеме 68
4.1 Получение скаффолдов на основе поли(е-капролактона), содержащих L-
аргинин 68
4.2 Физико-химические свойства скаффолдов, содержащих L-аргинин 69
4.2.1 Изучение влияния концентрации L-аргинина в прядильном растворе
на морфологию полученных скаффолдов 69
4.2.2 Механические свойства скаффолдов с различным содержанием L-
аргинина 70
4.3 Исследование биосовместимости скаффолдов, содержащих L-аргинин, in
vitro 71
4.4 Получение скаффолдов на основе поли(е-капролактона) и
поливинилпирролидона с использованием гексафторизопропанола в качестве общего растворителя 72
4.4.1 Изучение влияния соотношения поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона в прядильном растворе на морфологию полученных материалов 75
4.5 Физико-химические свойства скаффолдов на основе поли(е-
капролактона) и поливинилпирролидона 76
4.5.1 Механические свойства скаффолдов с различным соотношением
поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона 76
4.5.2 Изучение стабильности полученных материалов в водной среде 78
4.6 Исследование биосовместимости скаффолдов на основе поли(е- капролактона) и поливинилпирролидона 81
4.6.1 Клеточные исследования in vitro 81
4.6.2 Краткие выводы по главе 4 82
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 84
Список литературы 85
Приложение А Акт об использовании результатов диссертационной работы 97
Приложение Б Акт внедрения в научную деятельность результатов
диссертационной работы 99
Приложение В Акт внедрения в научную деятельность результатов диссертационной работы 100
Приложение Г Акт внедрения в учебном процессе результатов диссертационной работы 101
Приложение Д Патент на изобретение 102
Глава 1 Литературный обзор 12
1.1 Использование скаффолдов на основе биоразлагаемых полимеров в
медицине 12
1.1.1 Биоразлагаемые волокнистые скаффолды для целевой доставки
лекарственных средств 12
1.1.2 Биоразлагаемые волокнистые скаффолды в регенеративной
медицине 13
1.2 Поли(е-капролактон) и поли(молочная кислота) 14
1.3 Методы формования скаффолдов на основе биоразлагаемых
полиэфиров 17
1.3.1 Электроформование 17
1.3.2 Формование под действием центробежной силы 17
1.3.3 Аэродинамическое формование 18
1.3.4 Фазовое разделение 18
1.3.5 Прядильная технология с контролируемыми параметрами 18
1.3.6 Методы модифицирования скаффолдов на основе биоразлагаемых
полиэфиров 20
1.3.7 Методы поверхностного модифицирования 20
1.3.8 Методы модифицирования в объеме 23
Глава 2 Экспериментальная часть 25
Глава 3. Поверхностное модифицирование с использованием обработки смесью хорошего и плохого растворителей 35
3.1 Поверхностное модифицирование пленок из поли(молочной кислоты) .. 35
3.1.1 Выбор системы «хороший/плохой растворитель» 36
3.1.2 Подбор условий проведения модифицирования 36
3.1.3 Качественная и количественная оценка результатов модифицирования пленок из поли(молочной кислоты) 39
3.2 Получение скаффолдов на основе поли(е-капролактона) и поли(молочной
кислоты), содержащих иод на поверхности волокон, с использованием метода «хороший/плохой растворитель» 47
3.2.1 Подбор состава системы «хороший/плохой растворитель» 48
3.2.2 Изучение динамики нанесения иода на поверхность волокон 53
3.3 Физико-химические свойства скаффолдов, содержащих иод на
поверхности волокон 54
3.3.1 Морфология скаффолдов, содержащих иод на поверхности волокон 54
3.3.2 Механические свойства скаффолдов, содержащих иод на поверхности
волокон 57
3.4 Антибактериальные свойства скаффолдов, содержащих иод на
поверхности волокон 57
3.5 Получение скаффолдов на основе поли(молочной кислоты), содержащих
желатин на поверхности волокон, с использованием метода «хороший/плохой растворитель» 60
3.6 Физико-химические свойства скаффолдов, содержащих желатин на
поверхности волокон 62
3.6.1 Морфология скаффолдов, содержащих желатин на поверхности
волокон 62
3.6.2 Гидрофильность скаффолдов, содержащих желатин на поверхности
волокон 64
3.6.3 Механические свойства скаффолдов, содержащих желатин на
поверхности волокон 64
3.7 Исследование биосовместимости скаффолдов, содержащих желатин на
поверхности волокон 65
3.8 Краткие выводы по главе 3 66
Глава 4. Получение композитных материалов, модифицированных в объеме 68
4.1 Получение скаффолдов на основе поли(е-капролактона), содержащих L-
аргинин 68
4.2 Физико-химические свойства скаффолдов, содержащих L-аргинин 69
4.2.1 Изучение влияния концентрации L-аргинина в прядильном растворе
на морфологию полученных скаффолдов 69
4.2.2 Механические свойства скаффолдов с различным содержанием L-
аргинина 70
4.3 Исследование биосовместимости скаффолдов, содержащих L-аргинин, in
vitro 71
4.4 Получение скаффолдов на основе поли(е-капролактона) и
поливинилпирролидона с использованием гексафторизопропанола в качестве общего растворителя 72
4.4.1 Изучение влияния соотношения поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона в прядильном растворе на морфологию полученных материалов 75
4.5 Физико-химические свойства скаффолдов на основе поли(е-
капролактона) и поливинилпирролидона 76
4.5.1 Механические свойства скаффолдов с различным соотношением
поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона 76
4.5.2 Изучение стабильности полученных материалов в водной среде 78
4.6 Исследование биосовместимости скаффолдов на основе поли(е- капролактона) и поливинилпирролидона 81
4.6.1 Клеточные исследования in vitro 81
4.6.2 Краткие выводы по главе 4 82
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 84
Список литературы 85
Приложение А Акт об использовании результатов диссертационной работы 97
Приложение Б Акт внедрения в научную деятельность результатов
диссертационной работы 99
Приложение В Акт внедрения в научную деятельность результатов диссертационной работы 100
Приложение Г Акт внедрения в учебном процессе результатов диссертационной работы 101
Приложение Д Патент на изобретение 102
Актуальность темы. Регенеративная и персонализированная медицина является трендом последние десятилетия. Данные направления медицинской науки предполагают восстановление поврежденных, или утраченных тканей человека, а также индивидуальное (а, значит, более эффективное) использование терапевтических препаратов и материалов. Использование современных методов и подходов регенеративной и персонализированной медицины позволяет не только увеличить эффективность лечения, но и преодолеть возможные физиологические и социальные проблемы, с которыми сталкивается пациент.
В большинстве случаев, регенеративная медицина предполагает использование имплантируемых изделий, разработка новых материалов для которых активно ведется. В частности, широкое распространение получили волокнистые скаффолды, изготовленные из биоразлагаемых полимеров и композиционных материалов на их основе. Подобные структуры позволяют создать условия, необходимые для роста и распространения клеток восстанавливаемой ткани. Биоразлагаемые полимеры (такие, как поли(молочная кислота) и поли(е-капролактон)) обладают высокой биосовместимостью, а также способны замещаться в организме человека собственными здоровыми тканями, что устраняет необходимость повторных операций по удалению имплантируемого изделия. Метод электроспиннинга (электроформования) является одним из наиболее распространенных подходов для получения волокнистых полимерных скаффолдов. Основным его преимуществом является возможность изменения свойств получаемых материалов посредством варьирования параметров формования (подаваемого напряжения, скорости подачи прядильного раствора, типа коллектора). Скаффолды, полученные методом электроформования, обладают высокой пористостью, что делает их отличным материалом, симулирующим внеклеточный матрикс (ВКМ).
Несмотря на перспективность и широкие возможности применения скаффолдов на основе биоразлагаемых полимеров, часто данные материалы не обладают свойствами, необходимыми для конкретного применения (механическими характеристиками, гидрофильностью, биологической активностью, и так далее). С целью придания биоразлагаемым полимерам необходимых свойств используют ряд физических и химических методов модифицирования. Однако при этом остаются важные проблемы, не имеющие на данный момент общих решений.
В частности, многие органические и неорганические соединения (например, иод) несовместимы с биоразлагаемыми полимерами, что приводит к ухудшению механических свойств композитных материалов, наполненных такими модификаторами. В таких случаях, решением проблемы могут выступить методы, позволяющие закрепить молекулы модификатора только в поверхностных слоях полимера, не затрагивая основной объем изделия и не ухудшая его механических характеристик. Еще одним часто встречающимся затруднением в разработке и получении наполненных полимерных композитов является отсутствие общего растворителя полимера и модификатора. Например, аминокислоты обычно нерастворимы в растворителях, способных растворять поли(молочную кислоту) или поли(е-капролактон). По этой причине, композиты указанных биоразлагаемых полимеров и аминокислот встречаются редко и их свойства малоизучены. Отсюда актуальной проблемой является поиск общих растворителей полимеров и модификаторов.
В связи с обозначенными вопросами в области разработки и получения биоразлагаемых композитных материалов, данное исследование направлено на разработку новых методов как поверхностного, так и объемного модифицирования поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона) для получения новых композитных биоразлагаемых материалов.
Актуальность выбранного направления подтверждается выполнением исследований, представленных в настоящей работе, при финансовой поддержке Федеральной Целевой Программы «Разработка композитных имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля», тема № 0.1388.2014 и проектов РФФИ № 16-33-00528 мол_а «Разработка фундаментальных подходов к созданию биоразлагаемых материалов, способных влиять на клетки иммунитета человека» и № 19-43-703020 р_мол_а «Композитные биоразлагаемые материалы для контролируемой доставки цитостатических препаратов на основе поли(е- капролактона) и поливинилпирролидона». Научная работа соискателя поддержана стипендией Правительства РФ в 2019 и 2020 годах.
Цель исследования состоит в разработке новых и альтернативных методов поверхностного и объемного модифицирования материалов на основе биоразлагаемых полиэфиров.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
1 Разработка способа поверхностного модифицирования изделий из поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона), включающего обработку поверхности полимера смесью «хороший/плохой растворитель», сорбцию модифицирующего агента в поверхностном слое изделия и стадию сушки. Иммобилизация на поверхности изделий из поли(молочной кислоты) и поли(е - капролактона) иода и желатина с использованием предложенного способа. Исследование физико-химических, механических и биологических свойств полученных материалов.
2 Поиск общего растворителя для поли(е-капролактона) и L-аргинина. Разработка и получение материалов на основе данных компонентов. Исследование физико-химических, механических и биологических свойств полученных материалов.
3 Поиск общего растворителя для поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона. Разработка и получение материалов на основе данных компонентов. Исследование физико-химических, механических и биологических свойств полученных материалов.
4 Определение возможных областей применения полученных материалов в медицине.
Научная новизна. В работе впервые:
1. Предложен и осуществлен метод поверхностного модифицирования изделий, на основе поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона), основанный на предварительной обработке смесью «хороший/плохой растворитель» и позволяющий впервые иммобилизовать иод и желатин на поверхности пленок и скаффолдов.
2. 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол (ГФИП) предложен в качестве общего растворителя поли(е-капролактона) и L-аргинина, позволяющего впервые получить волокнистые скаффолды на основе поли(е-капролактона) с добавлением L-аргинина.
3. Предложен новый метод получения скаффолдов на основе поли(е- капролатона) и поливинилпирролидона с применением ГФИП в качестве общего растворителя.
Практическая значимость работы. Материалы, разработанные в рамках данной работы, имеют широкий диапазон применений в медицине:
1) Скаффолды и пленки из поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона) с иодом, закрепленным на поверхности волокон, обладают бактериостатической и антибактериальной активностью, что делает их перспективными материалами для перевязки, хирургических нитей и фильтров.
2) Скаффолды из поли(молочной кислоты) с иммобилизованным желатином, обеспечивают улучшенную биосовместимость. Полученные материалы могут быть использованы в регенеративной медицине хрящевой ткани и тканей кровеносных сосудов (на основании Акта об использовании результатов диссертационной работы в ФБГУ «НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова» Минздрава России от 09.10.2020, Акта внедрения в научную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России от 16.10.2020).
3) Скаффолды на основе поли(е-капролактона), содержащие L-аргинин, являющийся естественным источником оксида азота (II), перспективны в разработке сосудистый графтов (на основании Акта внедрения в научную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России от 16.10.2020).
4) Скаффолды на основе поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона могут быть использованы в качестве систем целевой доставки широкого ряда биологически активных веществ с контролируемым выходом.
Научные положения, выносимые на защиту:
Метод «хороший/плохой растворитель», позволяющий закрепить модифицирующий агент в поверхностных слоях изделий из поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона). С применением предложенного метода, впервые получены материалы, содержащие иод, обладающие антибактериальной и бактериостатической активностью. На примере желатина, показана возможность иммобилизации белковых молекул для увеличения биосовместимости.
Метод получения композитных материалов на основе поли(е-капролактона) и L-аргинина, предусматривающий использование ГФИП в качестве общего растворителя. Концентрация L-аргинина в композитном материале, обеспечивающая наилучшую биосовместимость, в диапазоне 0,5-1 % масс.
Метод получения волокнистых скаффолдов на основе поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона с использованием ГФИП в качестве общего растворителя. Добавление поливинилпирролидона в прядильный раствор привело к улучшению смачиваемости полученных материалов и росту их прочности.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях: «Высокие технологии в современной науке и технике» (Россия, г. Томск, 2016, 2017), «Молекулы и системы для диагностики и адресной терапии» (МСДТ2017) (Россия, г. Томск, 2017), 5th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials (Португалия, г. Лиссабон, 2017). Основные результаты диссертационной работы внедрены в научный и учебный процесс ведущих медицинских центров России (на основании Акта об использовании результатов диссертационной работы в ФБГУ «НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова» Минздрава России от 09.10.2020, Акта внедрения в научную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России от 16.10.2020, Акта внедрения в учебную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А.
Алмазова» Минздрава России).
Публикации. Результаты работы представлены в 4 научных публикациях, входящих в базы данных Scopus и Web of Science, из которых 2 - в журналах Q1 и Q2, 1 патент Российской Федерации.
Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных по теме исследования, в постановке цели и задач работы, планировании и проведении экспериментальных исследований, а также анализе полученных данных, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке публикаций и докладов по теме работы.
Структура и объём научно-квалификационной работы. Диссертация состоит из введения и четырех глав, заключения и основных выводов, изложенных на 102 страницах машинописного текста, включая 31 рисунок, 15 таблиц, список использованной литературы, включающий 106 наименований, и 5 приложений.
В большинстве случаев, регенеративная медицина предполагает использование имплантируемых изделий, разработка новых материалов для которых активно ведется. В частности, широкое распространение получили волокнистые скаффолды, изготовленные из биоразлагаемых полимеров и композиционных материалов на их основе. Подобные структуры позволяют создать условия, необходимые для роста и распространения клеток восстанавливаемой ткани. Биоразлагаемые полимеры (такие, как поли(молочная кислота) и поли(е-капролактон)) обладают высокой биосовместимостью, а также способны замещаться в организме человека собственными здоровыми тканями, что устраняет необходимость повторных операций по удалению имплантируемого изделия. Метод электроспиннинга (электроформования) является одним из наиболее распространенных подходов для получения волокнистых полимерных скаффолдов. Основным его преимуществом является возможность изменения свойств получаемых материалов посредством варьирования параметров формования (подаваемого напряжения, скорости подачи прядильного раствора, типа коллектора). Скаффолды, полученные методом электроформования, обладают высокой пористостью, что делает их отличным материалом, симулирующим внеклеточный матрикс (ВКМ).
Несмотря на перспективность и широкие возможности применения скаффолдов на основе биоразлагаемых полимеров, часто данные материалы не обладают свойствами, необходимыми для конкретного применения (механическими характеристиками, гидрофильностью, биологической активностью, и так далее). С целью придания биоразлагаемым полимерам необходимых свойств используют ряд физических и химических методов модифицирования. Однако при этом остаются важные проблемы, не имеющие на данный момент общих решений.
В частности, многие органические и неорганические соединения (например, иод) несовместимы с биоразлагаемыми полимерами, что приводит к ухудшению механических свойств композитных материалов, наполненных такими модификаторами. В таких случаях, решением проблемы могут выступить методы, позволяющие закрепить молекулы модификатора только в поверхностных слоях полимера, не затрагивая основной объем изделия и не ухудшая его механических характеристик. Еще одним часто встречающимся затруднением в разработке и получении наполненных полимерных композитов является отсутствие общего растворителя полимера и модификатора. Например, аминокислоты обычно нерастворимы в растворителях, способных растворять поли(молочную кислоту) или поли(е-капролактон). По этой причине, композиты указанных биоразлагаемых полимеров и аминокислот встречаются редко и их свойства малоизучены. Отсюда актуальной проблемой является поиск общих растворителей полимеров и модификаторов.
В связи с обозначенными вопросами в области разработки и получения биоразлагаемых композитных материалов, данное исследование направлено на разработку новых методов как поверхностного, так и объемного модифицирования поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона) для получения новых композитных биоразлагаемых материалов.
Актуальность выбранного направления подтверждается выполнением исследований, представленных в настоящей работе, при финансовой поддержке Федеральной Целевой Программы «Разработка композитных имплантатов для реконструктивно-восстановительной хирургии черепно-лицевой области у больных травматологического и онкологического профиля», тема № 0.1388.2014 и проектов РФФИ № 16-33-00528 мол_а «Разработка фундаментальных подходов к созданию биоразлагаемых материалов, способных влиять на клетки иммунитета человека» и № 19-43-703020 р_мол_а «Композитные биоразлагаемые материалы для контролируемой доставки цитостатических препаратов на основе поли(е- капролактона) и поливинилпирролидона». Научная работа соискателя поддержана стипендией Правительства РФ в 2019 и 2020 годах.
Цель исследования состоит в разработке новых и альтернативных методов поверхностного и объемного модифицирования материалов на основе биоразлагаемых полиэфиров.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
1 Разработка способа поверхностного модифицирования изделий из поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона), включающего обработку поверхности полимера смесью «хороший/плохой растворитель», сорбцию модифицирующего агента в поверхностном слое изделия и стадию сушки. Иммобилизация на поверхности изделий из поли(молочной кислоты) и поли(е - капролактона) иода и желатина с использованием предложенного способа. Исследование физико-химических, механических и биологических свойств полученных материалов.
2 Поиск общего растворителя для поли(е-капролактона) и L-аргинина. Разработка и получение материалов на основе данных компонентов. Исследование физико-химических, механических и биологических свойств полученных материалов.
3 Поиск общего растворителя для поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона. Разработка и получение материалов на основе данных компонентов. Исследование физико-химических, механических и биологических свойств полученных материалов.
4 Определение возможных областей применения полученных материалов в медицине.
Научная новизна. В работе впервые:
1. Предложен и осуществлен метод поверхностного модифицирования изделий, на основе поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона), основанный на предварительной обработке смесью «хороший/плохой растворитель» и позволяющий впервые иммобилизовать иод и желатин на поверхности пленок и скаффолдов.
2. 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол (ГФИП) предложен в качестве общего растворителя поли(е-капролактона) и L-аргинина, позволяющего впервые получить волокнистые скаффолды на основе поли(е-капролактона) с добавлением L-аргинина.
3. Предложен новый метод получения скаффолдов на основе поли(е- капролатона) и поливинилпирролидона с применением ГФИП в качестве общего растворителя.
Практическая значимость работы. Материалы, разработанные в рамках данной работы, имеют широкий диапазон применений в медицине:
1) Скаффолды и пленки из поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона) с иодом, закрепленным на поверхности волокон, обладают бактериостатической и антибактериальной активностью, что делает их перспективными материалами для перевязки, хирургических нитей и фильтров.
2) Скаффолды из поли(молочной кислоты) с иммобилизованным желатином, обеспечивают улучшенную биосовместимость. Полученные материалы могут быть использованы в регенеративной медицине хрящевой ткани и тканей кровеносных сосудов (на основании Акта об использовании результатов диссертационной работы в ФБГУ «НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова» Минздрава России от 09.10.2020, Акта внедрения в научную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России от 16.10.2020).
3) Скаффолды на основе поли(е-капролактона), содержащие L-аргинин, являющийся естественным источником оксида азота (II), перспективны в разработке сосудистый графтов (на основании Акта внедрения в научную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России от 16.10.2020).
4) Скаффолды на основе поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона могут быть использованы в качестве систем целевой доставки широкого ряда биологически активных веществ с контролируемым выходом.
Научные положения, выносимые на защиту:
Метод «хороший/плохой растворитель», позволяющий закрепить модифицирующий агент в поверхностных слоях изделий из поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона). С применением предложенного метода, впервые получены материалы, содержащие иод, обладающие антибактериальной и бактериостатической активностью. На примере желатина, показана возможность иммобилизации белковых молекул для увеличения биосовместимости.
Метод получения композитных материалов на основе поли(е-капролактона) и L-аргинина, предусматривающий использование ГФИП в качестве общего растворителя. Концентрация L-аргинина в композитном материале, обеспечивающая наилучшую биосовместимость, в диапазоне 0,5-1 % масс.
Метод получения волокнистых скаффолдов на основе поли(е-капролактона) и поливинилпирролидона с использованием ГФИП в качестве общего растворителя. Добавление поливинилпирролидона в прядильный раствор привело к улучшению смачиваемости полученных материалов и росту их прочности.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях: «Высокие технологии в современной науке и технике» (Россия, г. Томск, 2016, 2017), «Молекулы и системы для диагностики и адресной терапии» (МСДТ2017) (Россия, г. Томск, 2017), 5th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials (Португалия, г. Лиссабон, 2017). Основные результаты диссертационной работы внедрены в научный и учебный процесс ведущих медицинских центров России (на основании Акта об использовании результатов диссертационной работы в ФБГУ «НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова» Минздрава России от 09.10.2020, Акта внедрения в научную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России от 16.10.2020, Акта внедрения в учебную деятельность ФГБУ «НМИЦ им. В.А.
Алмазова» Минздрава России).
Публикации. Результаты работы представлены в 4 научных публикациях, входящих в базы данных Scopus и Web of Science, из которых 2 - в журналах Q1 и Q2, 1 патент Российской Федерации.
Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных по теме исследования, в постановке цели и задач работы, планировании и проведении экспериментальных исследований, а также анализе полученных данных, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке публикаций и докладов по теме работы.
Структура и объём научно-квалификационной работы. Диссертация состоит из введения и четырех глав, заключения и основных выводов, изложенных на 102 страницах машинописного текста, включая 31 рисунок, 15 таблиц, список использованной литературы, включающий 106 наименований, и 5 приложений.
1. Состав смеси «хороший/плохой растворитель» впервые подобран для модифицирования волокнистых скаффолдов на основе поли(молочной кислоты) и поли(е-капролактона). С использованием смеси подобранного состава на поверхность скаффолдов нанесен иод и желатин с целью придания им антибактериальных свойств и высокой биосовместимости, соответственно.
2. Использование 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанола в качестве общего растворителя позволило впервые получить композитные материалы на основе поли(е-капролактона) и L-аргинина. Добавление L-аргинина в прядильный раствор оказало существенный эффект на морфологию полученных материалов, а именно - с увеличением концентрации L-аргинина средний диаметр волокон полученных материалов снижался, а распределение диаметра - менялось с бимодального на одномодальное. Установлено влияние количества введенного L- аргинина на прочностные свойства полученных материалов и биосовместимость по отношению к мультипотентным мезенхимальным стволовым клеткам.
3. Впервые 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол использован в качестве общего растворителя для получения композитных скаффолдов на основе поли(е- капролактона) и поливинилпирролидона. Изучено влияние соотношения полимеров в прядильном растворе на ключевые физико-химические и биологические свойства материалов при получении в одном режиме электроформования. Использование 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанола в качестве общего растворителя позволило достичь лучшей гидрофильности полученных материалов (краевой угол смачивания составил 0° уже при содержании поливинилпирролидона 5 масс. %) и лучших прочностных характеристик.
2. Использование 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанола в качестве общего растворителя позволило впервые получить композитные материалы на основе поли(е-капролактона) и L-аргинина. Добавление L-аргинина в прядильный раствор оказало существенный эффект на морфологию полученных материалов, а именно - с увеличением концентрации L-аргинина средний диаметр волокон полученных материалов снижался, а распределение диаметра - менялось с бимодального на одномодальное. Установлено влияние количества введенного L- аргинина на прочностные свойства полученных материалов и биосовместимость по отношению к мультипотентным мезенхимальным стволовым клеткам.
3. Впервые 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол использован в качестве общего растворителя для получения композитных скаффолдов на основе поли(е- капролактона) и поливинилпирролидона. Изучено влияние соотношения полимеров в прядильном растворе на ключевые физико-химические и биологические свойства материалов при получении в одном режиме электроформования. Использование 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанола в качестве общего растворителя позволило достичь лучшей гидрофильности полученных материалов (краевой угол смачивания составил 0° уже при содержании поливинилпирролидона 5 масс. %) и лучших прочностных характеристик.
