Združitev naprednih tehnik 3D tiskanja, elektropredenja in "spincoatinga" s podporo aktivnih substanc (zdravilnih učinkovin, celic, rastnih faktorjev) za razvoj naprednih materialov za učinkovito oskrbo kroničnih ran

Referenčna številka

ARRS-RPROJ-JR-Prijava/2016-I/753

Financiranje, program, razpis

Javni razpis za (so)financiranje raziskovalnih projektov za leto 2017 Podoktorski projekt – temeljni

Sodelujoče organizacije

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

Koordinacija

Tina Maver (vodja projekta)

Trajanje:

1.5.2017―30.4.2019 

Nazaj na seznam

Povzetek:

Vsebina projekta temelji na združevanju in povezovanju znanosti o materialih, pri čemer se bomo poslužili najnaprednejših tehnik (3D tiskanja materialov oziroma bio-materialov z različnimi lastnostmi, priprave nanovlaken z elektropredenjem in priprave modelnih filmov s spin-coaterjem), znanosti na področju farmacevtske tehnologije (vključevanje aktivnih komponent, kot so zdravilne učinkovine in/ali rastni dejavniki v nosilne materiale) ter znanosti na področju biomedicinskih aplikacij (in vitro testiranje sproščanja aktivnih komponent, fiziologija kroničnih ran, vključevanje celic, testiranje biokompatibilnosti).

Interdisciplinaren pristop bo vodil do pomembnih ugotovitev na področju naprednih materialov za oskrbo ran in na področju nadzorovanega sproščanja zdravilnih učinkovin. S 3D (bio) tiskalnikom smo pripravili ogrodje materialov za oskrbo ran iz trenutno najpogosteje uporabljenih materialov za oskrbo kroničnih ran, z dokazanim pozitivnim vplivom na celjenje (alginat, karboksimetil celuloza, polikaprolakton idr.) Razvili bomo postopek za pripravo 3D tiskanega ogrodja z vključenimi keratinociti (ključnimi celicami epidermisa) in fibroblasti (ključne celice v dermisu).

Na tako pripravljeno ogrodje smo s polindustrijskim aparatom za pripravo nanovlaken z elektropredenjem, napredli nanovlakna z vključenimi aktivnimi komponentami. Za lajšanje bolečine smo vključili nesteroidno protivnetno učinkovino (NSAID) diklofenak in lokalna anestetika lidokain (s takojšnjim začetkom delovanja, a kratkotrajnim delovanjem) ter dolgo delujoči bupivakain. Zaradi številnih raziskav, ki potrjujejo ugodni vpliv rastnih dejavnikov na proces celjenja ran, smo vključili tudi dva rastna dejavnika in sicer trombocitni rastni dejavnik (PDGF) in fibroblastni rastni dejavnik (FGF), ki pospešita proliferacijo fibroblastov, vplivata na depozicijo kolagena in imata pomembno vlogo pri procesu angiogeneze.

Tako pripravljena nanovlakna bodo pozitivno vplivala na celjenje na treh nivojih: 1) zaradi lajšanja bolečine, se bo zmanjšal stres, s čimer se dokazano pospeši proces celjenja, 2) s pozitivnim vplivom rastnih dejavnikov na celjenje in 3) z elektropredenjem pripravljeno mrežo nanovlaken, ki posnema morfološko strukturo zunajceličnega matriksa, s čimer pozitivno vpliva na celjenje ran.

Sledila je sistematična karakterizacija pripravljenih materialov s številnimi metodami ter določitev varnosti in učinkovitosti na humanih celičnih kulturah. Preverili smo vpliv tako pripravljenega materiala na viabilnost celic tudi po daljšem času (en mesec). Za preverjanje in razumevanje procesov/interakcij med polimernimi materiali in vključenimi aktivnimi komponentami ter med polimernimi materiali in fiziološkim okoljem v rani smo pripravili modelne filme iz enakih osnovnih materialov kot so bili uporabljeni za pripravo 3D struktur.

Slednje smo s tehnikami AFM in IR ovrednotili tudi z molekulsko ločljivostjo. Projekt je bil kljub bazični osnovi usmerjen v zasnovo patentabilnih in aplikativnih naprednih materialov, ki bi lahko prispevali k izboljšanju kvalitete življenja bolnikov s kroničnimi ranami, hkrati pa je predstavljal platformo za testiranje tudi drugih sorodnih materialov s potencialom na področju regenerativne medicine.

Polysaccharide-Based Bioink Formulation for 3D Bioprinting of an In Vitro Model of the Human Dermis, Nanomaterials, 2020

Needleless electrospun carboxymethyl cellulose/polyethylene oxide mats with medicinal plant extracts for advanced wound care applications, Cellulose, 2020

Impact of growth factors on wound healing in polysaccharide blend thin films, Applied Surface Science, 2019

Development of multifunctional 3D printed bioscaffolds from polysaccharides and NiCu nanoparticles and their application, Applied Surface Science, 2019

Polysaccharide thin solid films for analgesic drug delivery and growth of human skin cells, Frontiers in chemistry, 2019

Systematic evaluation of a diclofenac-loaded carboxymethyl cellulose-based wound dressing and its release performance with changing ph and temperature, AAPS PharmSciTech, 2019

A multifunctional electrospun and dual nano-carrier biobased system for simultaneous detection of pH in the wound bed and controlled release of benzocaine, Cellulose, 2018

Combining 3D printing and electrospinning for preparation of pain-relieving wound-dressing materials, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2018