Příprava a vlastnosti přírodních sendvičových kryogelů pro využití v biomedicínských aplikacích

Preparation and properties of natural sandwich cryogels for use in biomedical applications

Abstrakt

3D nosiče na přírodní bázi jsou považovány za současný trend regenerativní medicíny, a to především díky jejich vysoké biokompatibilitě, tkáňově specifické struktuře a fyzikálně-chemickým vlastnostem, které nejvěrněji napodobují nativní extracelulární matrici (ECM). Příkladem takového přírodního materiálu je kůže, která se tradičně získává z lidských nebo savčích (zejména hovězích a vepřových) zdrojů. Dostupnost lidské kůže je však velmi omezená a savčí kůže obsahuje viry a priony, které jsou schopné odolat podmínkám zpracování a vyvolat onemocnění při kontaktu s lidskou kůží. Rybí kůže se může pyšnit absencí těchto patogenů a zároveň svými přirozenými protizánětlivými vlastnosti. Z těchto důvodů představuje rybí kůže velmi slibný přírodní materiál pro vývoj 3D nosičů. V rámci této přednášky představím posluchačům svou studii, která se zabývala přípravou a charakterizací přírodních sendvičových kryogelů z rybí kůže jako potenciálních nosičů pro biomedicínské aplikace. Proces přípravy zahrnoval optimalizaci decelularizačního postupu, jejímž cílem bylo maximalizovat účinnost odstranění buněk při zachování struktury a funkčních vlastností nativní ECM. Účinnost decelularizace byla vyhodnocována na základě testování morfologie a porozity s využitím optické mikroskopie a skenovací elektronové mikroskopie. Výsledné přírodní kryogely byly dále fyzikálně-chemicky a biologicky charakterizovány, a to z hlediska mechanických vlastností, absorpční kapacity, stability v hydrolytických podmínkách, enzymatické degradace a cytotoxicity. Součástí této studie byla také dodatečná příprava syntetických kryogelů z rybího kolagenu, jejichž vlastnosti byly porovnávány s vlastnostmi přírodních sendvičových kryogelů. Optimalizované přírodní kryogely předčily syntetické kolagenové kryogely ve většině hodnocených parametrů. Do budoucna mají přírodní sendvičové kryogely významný potenciál pro použití při léčbě a regeneraci akutních a chronických ran, kde mohou podpořit tvorbu nové tkáně a zároveň zabránit infekci a zánětu. Navíc může takový materiál sloužit jako in vitro model kůže ke sledování bioaktivních látek či léčiv.

Natural-based 3D carriers are considered to be the current trend in regenerative medicine, mainly due to their high biocompatibility, tissue-specific structure, and physicochemical properties, which most closely mimic the native extracellular matrix (ECM). An example of such a natural material is skin, which is traditionally obtained from human or mammalian (especially bovine and porcine) sources. However, the availability of human skin is very limited, and mammalian skin contains viruses and prions that are able to withstand processing conditions and cause disease when in contact with human skin. Fish skin boasts the absence of these pathogens and, at the same time, natural anti-inflammatory properties. For these reasons, fish skin is a very promising natural material for the development of 3D carriers. In this lecture, I will present my study on the preparation and characterization of natural sandwich cryogels from fish skin as potential carriers for biomedical applications. The preparation process involved optimizing the decellularization procedure to maximize cell removal efficiency while preserving the structure and functional properties of the native ECM. The effectiveness of decellularization was evaluated based on testing morphology and porosity using optical microscopy and scanning electron microscopy. The resulting natural cryogels were further characterized physicochemically and biologically in terms of mechanical properties, absorption capacity, stability under hydrolytic conditions, enzymatic degradation, and cytotoxicity. This study also included the additional preparation of synthetic cryogels from fish collagen, whose properties were compared with those of natural sandwich cryogels. The optimized natural cryogels outperformed the synthetic collagen cryogels in most of the evaluated parameters. In the future, natural sandwich cryogels have significant potential for use in the treatment and regeneration of acute and chronic wounds, where they can promote new tissue formation while preventing infection and inflammation. In addition, such material can serve as an in vitro skin model for monitoring bioactive substances or drugs.

rybí kůže, rybí kolagen, přírodní nosiče, sendvičové kryogely, decelularizace, extracelulární matrix, regenerativní medicína, hojení ran

fish skin, fish collagen, natural carriers, sandwich cryogels, decellularization, extracellular matrix, regenerative medicine, wound healing

KONEČNÁ, T.; BRTNÍKOVÁ, J.; KOUTNÁ, I.; LIPOVÝ, B.; ČERNÁ, E.; DINPARVAR, S.; SMOLNICKÁ, A.; IZSÁK, D.; MENČÍK, P.; TRUDIČOVÁ, M.; VOJTOVÁ, L.

České vysoké učení technické v Praze

Praha

978-80-01-07464-0

Biomateriály a jejich povrchy XVIII.

11

11

98

https://www.irsm.cas.cz/ext/biomaterialy/download/BIOMATERIALY_A_JEJICH_POVRCHY_XVIII.pdf