Z przyjemnością informujemy, że w dniu 12 grudnia 2024 roku Rada Naukowa IPPT PAN nadała Oliwii Jeznach stopień doktora w dziedzinie nauk inżynieryjno-technicznych, w dyscyplinie inżynieria biomedyczna.
Tytuł rozprawy brzmi: „Modyfikacja powierzchni włókien z biodegradowalnych poliestrów alifatycznych za pomocą reakcji aminolizy i przyłączania żelatyny do zastosowań w inżynierii tkankowej”). Promotorem pracy jest prof. dr hab. inż. Paweł Sajkiewicz oraz promotorem pomocniczym jest dr hab. inż. Dorota Kołbuk-Konieczny (zdj.).
Inżynieria tkankowa to interdyscyplinarna dziedzina nauki łącząca biologię, inżynierię materiałową oraz medycynę regeneracyjną, której celem jest opracowywanie innowacyjnych podłoży komórkowych do odbudowy, naprawy lub zastępowania uszkodzonych tkanek i organów. Dzięki wykorzystaniu nowoczesnych technologii, takich jak elektroprzędzenie, bioprinting 3D czy zastosowanie komórek macierzystych, inżynieria tkankowa tworzy rozwiązania, które mogą zrewolucjonizować współczesną medycynę.
W ramach swojej rozprawy doktorskiej dr inż. Oliwia Jeznach prowadziła badania nad modyfikacją powierzchni włókien polimerowych wykorzystywanych jako podłoża komórkowe w inżynierii tkankowej. Włókna zostały otrzymane metodą elektroprzędzenia z trzech poliestrów alifatycznych należących do najczęściej wykorzystywanych w inżynierii tkankowej: poli(kaprolaktonu), poli(L-laktydu) i poli(L-laktydu-ko-kaprolaktonu). Poliestry różniły się częstością występowania reaktywnych grup estrowych w łańcuchu makrocząsteczki, temperaturą zeszklenia i stopniem krystaliczności. Celem modyfikacji była poprawa wzrostu komórek na podłożu poprzez wprowadzenie grup aminowych na powierzchnię i przyłączenie żelatyny zawierającej sekwencję peptydową rozpoznawaną przez komórki. Takie zmiany na poziomie molekularnym skutkują zwiększeniem hydrofilowości oraz wprowadzeniem biologicznej aktywności podłoża. Pierwszym etapem modyfikacji było przeprowadzenie reakcji aminolizy, a drugim przyłączenie żelatyny za pomocą sieciowania glutaraldehydem. W ramach rozprawy wykonano badania mające na celu analizę mechanizmów modyfikacji oraz badania zmian właściwości podłoża i odpowiedzi komórkowej fibroblastów mysich linii L929 i komórek osteblastopodobnych linii MG-63. Wyniki wskazały, że aminoliza prowadzona w tych samych warunkach zachodzi wolniej na włóknach niż na kontrolnych foliach poliestrowych oraz reaktywność włókien PCL jest znacznie niższa niż włókien PLCL i PLLA. Przedstawiono mechanizmy obserwowanych zależności. Wykazano też, że łagodne warunki funkcjonalizacji powodują wprowadzenie wystarczającej ilości grup aminowych do włókien na tyle, aby poprawić odpowiedź komórkową a jednocześnie zachować wyjściową morfologię włókien i bliskie wyjściowym właściwości mechaniczne. Zaobserwowano pozytywny wpływ zarówno chemicznego jak i kontrolnego fizycznego przyłączania żelatyny na odpowiedź komórkową, ze wskazaniem na wyższą stabilność i lepszy efekt przyłączania chemicznego. Mogło być to spowodowane wyższą koncentracją żelatyny lub jej lepszą konformacją molekularną, zapewniającą ekspozycję sekwencji peptydowych rozpoznawanych przez komórki.
Oryginalnym wkładem przeprowadzonych badań w literaturę przedmiotu jest uzyskanie i opracowanie wyników doświadczalnych przebiegu aminolizy w submikronowych włóknach z poliestrów alifatycznych formowanych metodą elektroprzędzenia, w procesie funkcjonalizacji ich powierzchni. Istotnym jest odniesienie uzyskanych wyników do rezultatów aminolizy w foliach polimerowych i wykazanie wyraźnych różnic w przebiegu aminolizy zależnie od formy materiału. Dotychczasowe prace odnoszące się do efektywności aminolizy dotyczyły przede wszystkim aromatycznych poliestrów (niedegradowalnych) w postaci folii i stosunkowo grubych włókien formowanych metodą klasycznego przędzenia. W literaturze przedmiotu brakowało usystematyzowanych informacji odnoszących się do aminolizy submikronowych włókien z poliestrów alifatycznych. W momencie rozpoczęcia badań, aminoliza włókien dla inżynierii tkankowej stawała się jedną z najczęściej wykorzystywanych metod do modyfikacji powierzchniowej. W literaturze pojawiały się doniesienia, że aminoliza zachodzi wolniej na włóknach elektroprzędzionych niż na foliach, jednak tematyka ta nie była podjęta w żadnym porównawczym badaniu. W pracy będącej częścią rozprawy nie tylko usystematyzowano wiedzę w tym zakresie ale i przedstawiono możliwe przyczyny obserwowanych różnic. Oryginalnym wkładem jest również zbadanie przebiegu i wpływu aminolizy w szerokim zakresie parametrów na właściwości różnych włókien poliestrowych. Zauważono, że w niektórych pracach wykorzystywano aminolizę jako etap pośredni w przyłączaniu molekuł do powierzchni włókien bez sprawdzenia efektywności zajścia reakcji aminolizy. W rozprawie pokazano, że może to prowadzić do takiej sytuacji jak dla włókien PCL, w przypadku których badania wstępne nie potwierdziły zajścia reakcji aminolizy dla powszechnie stosowanego zestawu parametrów, a wykazano, że przyłączanie białka może zachodzić na drodze fizycznej adsorpcji. W rozprawie wykazano, że taka fizyczna adsorpcja nie zapewnia uzyskania stabilnych warstw materiału finalnie przyłączanego do powierzchni włókien. Praca przyniosła też wyniki uzupełniające wiedzę na temat aminolizy włókien elektroprzędzionych z uwzględnieniem m.in. różnic w efektywności reakcji między poliestrami oraz wpływem na średnią masę cząsteczkową, właściwości mechaniczne czy odpowiedź komórkową. Oryginalnym elementem badań jest porównanie przebiegu przyłączania żelatyny do funkcjonalizowanych włókien elektroprzędzionych otrzymanych z różnych poliestrów, o różnym stężeniu grup aminowych oraz odniesienie tych wyników do fizycznej adsorpcji żelatyny. Systematyczne zbadanie procesu, uwzględniające m.in. stabilność warstwy i wpływ na odpowiedź komórek, jest ważne ze względu na duże wykorzystanie metody w badaniach modyfikacji powierzchniowej włókien. W rozprawie dokonano również porównania badanej metody przyłączania żelatyny z dwoma innymi, równie często wykorzystywanymi metodami, bazującymi na hydrolizie i obróbce plazmą. Praca uzupełniła informacje na temat różnic między metodami, zwłaszcza we wpływie metod funkcjonalizacji na właściwości mechaniczne i odpowiedź komórek.
Rys. Fibroblasty mysie linii L929 po 5-dniowej hodowli na włóknach PLCL a) niemodyfikowanych, b) modyfikowanych za pomocą reakacji aminolizy.
