text size

Carbon nanoparticles as promising components of materials for bone tissue engineering

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Carbon nanoparticles as promising components of materials for bone tissue engineering
Title (in czech):
Uhlíkové nanočástice jako nadějný materiál pro inženýrství kostní tkáně
Type:
Rigorosum thesis
Author:
RNDr. Mgr. Ľubica Staňková, Ph.D.
Thesis Id:
98033
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Biochemistry (31-250)
Study programm:
Biochemistry (N1406)
Study branch:
Biochemistry (NBIOD)
Degree granted:
RNDr.
Defence date:
12/01/2010
Defence result:
Pass
Language:
English
Abstract (in czech):
Nanotechnologie v tkáňovém inženýrství se stala v posledních letech důležitým předmětem výzkumu Pro regeneraci tkání se studují různé typy nanostrukturovaných materiálů. Důvodem využití těchto materiálů v tkáňovém inženýrství je jejich schopnost napodobovat přirozenou extracelulární matrix a tím podporovat adhezi, růst a diferenciaci buněk. Náš výzkum byl zaměřen na vliv vrstev fullerenů, kompozitů uhlíkových nanotub a syntetického terpolymeru a vrstev nanokrystalického diamantu na adhezi, růst, životaschopnost a diferenciaci lidských osteoblastů linie MG 63. Každý z těchto materiálů podporoval kolonizaci svého povrchu buňkami. Na kontinuálních vrstvách fullerenů C60, deponovaných na uhlíkové kompozity s uhlíkovou matricí vyztuženou uhlíkovými vlákny byla sice populační hustota buněk nižší v porovnání s uhlíkovým kompozitem bez fullerenního filmu, ale tyto buňky dosahovaly větší adhesní plochy, což bylo dale spojeno s dobře vyvinutým beta-aktinovým cytoskeletem a fokálními adhezními plaky s obsahem vinkulinu. Na kompozitech uhlíkových nanotub a terpolymeru složeného z polytetrafluoroetylenu, polypropylenu a polyvinyldifluoridu, byla adhese buněk, jejich rozprostření, tvorba fokálních adhesních plaků a aktinového cytoskeletu, viabilita a buněčný růst značně zlepšena v porovnání s čistým terpolymerem. Buňky na testovaných kompozitech statisticky významně nezvyšovaly imunitní aktivaci buněk, měřenou obsahem imunoglobulinové molekuly ICAM-1, ve srovnání s buňkami na nemodifikovaném terpolymeru a standardních kultivačních polystyrenových miskách. Rovněž nanostrukturované a obzvlášť hierarchicky mikro- a nanostrukturované filmy nanokrystalického diamantu výrazně podporovaly adhezi, růst, životaschopnost a metabolickou aktivitu MG 63 buněk. Tyto filmy se jeví jako nejvíce prerspektivní z hlediska praktických aplikací, jako je např. konstrukce bioaktivních pokryvů kostních implantátů.
Abstract:
Recently, nanotechnology in tissue engineering has become a very important field of study. Many different materials of nanoscale roughness have been studied for their potential use in the regeneration of various tissues. The reason is that nanostructured materials imitate the architecture of natural extracellular matrix and thus support cell adhesion, growth and differentiation. Our investigations were focused on the influence of fullerene layers, carbon nanotube-terpolymer composites and nanocrystalline diamond layers on the adhesion, growth and differentiation of human osteoblast-like MG 63 cells. Each of these materials supported colonization with cells. On continuous fullerene C60 layers, deposited on composites with the carbon matrix reinforced with carbon fibres, the cell population density was lower than on non-coated composites, but MG 63 cells were well-spread with well-developed vinculin-containing focal adhesion plaques and a beta-actin cytoskeleton. On composites of carbon nanotubes with a terpolymer of polytetrafluoroethylene, polypropylene and polyvinyldifluoride, the adhesion, spreading, formation of focal adhesion plaques and actin cytoskeleton, viability and cell growth were markedly improved in comparison with pure terpolymer. At the same time, these cells did not show significant immune activation, as measured by the concentration of an immunoglobuline adhesion molecule ICAM-1. Nanostructured and especially hierarchically micro- and nanostructured nanocrystalline diamond films markedly supported the adhesion, growth, viability and metabolic activity of MG 63 cells. These films seem to be the most promising for practical applications, such as construction of bioactive coatings of bone implants.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis RNDr. Mgr. Ľubica Staňková, Ph.D. 573 kB
Download Abstract in czech RNDr. Mgr. Ľubica Staňková, Ph.D. 81 kB
Download Abstract in english RNDr. Mgr. Ľubica Staňková, Ph.D. 81 kB
Download Defence's report 80 kB