Badania nad opracowaniem biomateriału kompozytowego do rekonstrukcji laryngologicznych

Abstract

Rozprawa doktorska dotyczyła badań nad opracowaniem nowego rodzaju biomateriału przeznaczonego do rekonstrukcji krtani i tchawicy. W ramach przeprowadzonych badań zaprojektowano, wytworzono i określono właściwości biomateriału w formie kompozytu warstwowego. Przyjęto założenie, że projektowany biomateriał kompozytowy powinien charakteryzować się zbliżonymi do tkanek krtani i tchawicy właściwościami fizycznymii mechanicznymi i jednocześnie charakteryzować się właściwościami aktywującymi proces epitelizacji na swej wewnętrznej powierzchni. Jako rozwiązanie materiałowe zaproponowano biomateriał kompozytowy zbudowany z warstw laminatów kompozytowych charakteryzujących się odmiennymi właściwościami mechanicznymi i biologicznymi. Warstwa kompozytu stanowiąca wewnętrzną powierzchnię protezy krtani lub tchawicy powinna zepewniać napełzanie tkanki nabłonka oddechowego, natomiast warstwa zewnętrzna, integralnie złączona z poprzednią, powinna zapewniać właściwą sztywność i podatność na deformację, dobieraną indywidualnie na podstawie badań właściwości mechanicznych obu narządów. Do wykonania wewnętrznej warstwy biomateriału wykorzystana została włóknina węglowa, której aktywność biologiczna potwierdzona została we wcześniejszych badaniach doświadczalnych i operacjach rekonstrukcji tkanek chrzęstnych chorych powierzchni stawowych. Do wytworzenia zewnętrznej, konstrukcyjnej warstwy kompozytu wykorzystane zostały włókna węglowe w formie tkaniny, których sposób ułożenia w osnowie polisulfonowej i udział objętościowy dobierany był niezależnie dla implantów krtani i tchawicy. W pracy przeprowadzone zostały doświadczenia, polegające na określeniu podstawowych parametrów składników kompozytów i określeniu niezbędnych właściwości tkanek krtani i tchawicy owiec. Badania biozgodności polisulfonu wykazały brak działania cytotoksycznego, drażniącego i alergicznego. Badania odpowiedzi komórkowej in vitro kompozytów polisulfonowych z różnymi formami włókien węglowych wykazały, że najwyższą biozgodnością zarówno w kontakcie z fibroblastami jak i osteoblastami cechowały się kompozyty z włókniną węglową. Na podstawie przeprowadzonych badań porównawczych, w oparciu o charakterystyki mechaniczne tkanek i wytworzonych kompozytów wybrane zostały materiały kompozytowe o zbliżonych parametrach mechanicznych do naturalnych tkanek krtani i tchawicy. Z wybranych materiałów wykonane zostały odpowiednie implanty krtani i tchawicy, które poddane zostały badaniom in vivo. Zastosowanie w ich wewnętrznej części włókniny węglowej, dzięki wytworzeniu aktywnego trójwymiarowego podłoża stworzyło korzystne warunki do napełzania nabłonka oddechowego. Rekonstrukcja wyciętego fragmentu tchawicy owcy o długości 3 cm opracowaną protezą, po 9 miesiącach od zabiegu wykazała pokrycie wewnętrznej powierzchni implantu tkanką o budowie zbliżonej do budowy tkanki wyścielającej wnętrze tchawicy naturalnej.