Z przyjemnością informujemy, że w dniu 29 lutego 2024 roku Rada Naukowa IPPT PAN nadała Beacie Niemczyk-Soczyńskiej z Samodzielnej Pracowni Polimerów i Biomateriałów IPPT PAN stopień doktora w dziedzinie nauk inżynieryjno-technicznych, w dyscyplinie inżynieria materiałowa. Rada Naukowa wyróżniła jej rozprawę doktorską.
Tytuł rozprawy brzmi: „Thermosensitive hydrogels loaded with bioactive nanofibers as scaffolds for tissue engineering” (w języku polskim: „Termowrażliwe hydrożele napełniane bioaktywnymi nanowłóknami jako rusztowania dla inżynierii tkankowej”). Promotorem pracy jest prof. dr hab. inż. Paweł Sajkiewicz, IPPT PAN oraz promotorem pomocniczym - dr inż. Arkadiusz Gradys, IPPT PAN.
Praca doktorska podsumowuje badania nad termowrażliwymi wstrzykiwalnymi układami hydrożelowymi napełnionymi krótkimi elektroprzędzonymi bioaktywnymi nanowłóknami jako potencjalnymi rusztowaniami do zastosowań w inżynierii tkankowej/modelami do hodowli komórkowej 3D. System hydrożelowy oparty jest na dwóch polisacharydach, składających się z roztworów metylocelulozy/agarozy (MC/AGR). MC sieciuje fizycznie podczas ogrzewania w pobliżu temperatury fizjologicznej, podczas gdy AGR zwiększa szybkość sieciowania MC i poprawia właściwości mechaniczne układu hydrożelowego. Aby dodatkowo zapewnić włóknistą strukturę naśladującą macierz zewnątrzkomórkową (ECM), możliwość wstrzykiwania, jak i nadać właściwości biochemiczne, do systemu hydrożelowego dodano krótkie bioaktywne elektroprzędzone nanowłókna składające się z kwasu poli-L-mlekowego (PLLA) i lamininy. Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) i dynamiczna analiza mechaniczna (DMA) dostarczyły informacji na temat mechanizmu fizycznego sieciowania MC, który niewątpliwie ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia badań podstawowych. Obie metody badawcze wykazały, że dodanie AGR zwiększa szybkość sieciowania MC. Dodatek AGR poprawia również właściwości lepkosprężyste MC, tj. końcową wartość G’. Ponadto badania biologiczne wykazały, że udział AGR zwiększa odpowiedź komórkową in vitro i potwierdziły nietoksyczne działanie układu MC/AGR. Optymalizacja stężenia i stosunku między MC i AGR umożliwiła wybór dwóch kompozycji materiałowych, które wykazywały szybkość sieciowania, właściwości lepkosprężyste i strukturę odpowiednią dla najlepszego wsparcia adhezji, proliferacji i różnicowania komórek.
Nanowłókna PLLA/laminina otrzymano za pomocą elektroprzędzenia, a fragmentację włókien przeprowadzono z wykorzystaniem ultradźwięków. Właściwości biochemiczne krótkich włókien uzyskano dzięki przyłączeniu lamininy do włókien PLLA poprzez fizyczną adsorpcję. Elektroprzędzone włókna poddano badaniom morfologii, a proces wytwarzania krótkich włókien został zbadany i zoptymalizowany pod kątem zastosowania różnych parametrów ultradźwięków, mediów sonikacyjnych i czasu trwania procesu. Optymalizacja procesu wytwarzania włókien krótkich pozwoliła na dobór odpowiedniego medium sonikacyjnego oraz odpowiedniego czasu fragmentacji. Chromatografia żelowa (GPC) wykazała, że elektroprzędzenie i fragmentacja ultradźwiękowa nie powodują degradacji masy cząsteczkowej polimerów, podczas gdy wyniki szerokokątnego rozpraszania promieni rentgenowskich (WAXS) wykazały, że proces ultradźwięków wpływa na krystaliczność PLLA. Morfologia otrzymanych krótkich włókien PLLA scharakteryzowana została za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), a średnia długość włókien mieściła się w zakresie 40-60 μm.
Krótkie włókna PLLA zostały poddane funkcjonalizacji lamininą, tj. natywnym białkiem ECM, poprzez adsorpcję fizyczną. Pomiary kąta zwilżania (WCA) i oznaczenie kwasu bicynchonionowego wykazały, że największa ilość białka została włączona do krótkich włókien PLLA, które wcześniej traktowano etanolem.
Finalny układ hydrożelowy MC/AGR wypełniony krótkimi włóknami PLLA/lamininy scharakteryzowano pod względem lepkości, zdolności do wstrzykiwania, morfologii i morfologii komórkowej fibroblastów L929 oraz komórek glejaka LN-18 i WG-4. Badania lepkości wykazały rozrzedzenie ścinaniem układów MC/AGR, które zwiększa się ze stopniem usieciowania. Większą lepkość zaobserwowano również po dodaniu do hydrożelu włókien krótkich. Pomiary wstrzykiwalności wskazują, że w zależności od szybkości iniekcji hydrożele napełniane krótkimi włóknami mogą być wstrzykiwane za pomocą igły o rozmiarze 23G. Zdjęcia SEM potwierdziły, że morfologia układu naśladuje natywną ECM. Wynik ten jest zgodny z badaniami biologicznymi, które wykazały, że krótkie włókna PLLA/laminina zwiększają interakcje komórka-hydrożel, na co wskazuje szybki wzrost i proliferację fibroblastów i komórek glejaka WG4.
Badania przeprowadzone w ramach rozprawy doktorskiej wykazały, że otrzymany hydrożel kompozytowy jest bardzo obiecującym układem jako rusztowanie lub trójwymiarowy model hodowli komórkowej z perspektywy inżynierii tkankowej.
Zdjęcie 1: dr inż. Beata Niemczyk-Soczyńska. Zdjęcie 2, od lewej: promotor pracy, prof. dr hab. inż. Paweł Sajkiewicz, IPPT PAN, dr inż. Beata Niemczyk-Soczyńska oraz promotor pomocniczy - dr inż. Arkadiusz Gradys, IPPT PAN.
Serdecznie gratulujemy!
