Nieorganiczno-organiczne materiały hybrydowe dla inżynierii tkanki kostnej

Abstract

Wobec rosnącego zapotrzebowania na zaawansowane materiały kościozastępcze, wynikającego z potrzeby rekonstrukcji uszkodzonej tkanki, niniejsza rozprawa koncentruje się na opracowaniu i kompleksowej charakterystyce hybrydowych biomateriałów cementowych przeznaczonych do regeneracji kości. W prowadzonych badaniach zastosowano wieloetapowe podejście do poprawy właściwości końcowych tworzyw oparte na modyfikacji ich składów poprzez użycie polimerów naturalnych, silanowych środków sprzęgających oraz pierwiastków o korzystnym działaniu biologicznym. Opracowane biomateriały, zawierające proszek α-TCP, granule HA/CTS i żel pektynowy, wykazywały podwójny mechanizm wiązania oparty na hydrolizie α -TCP oraz sieciowaniu polimerów. Wprowadzenie hybrydowych granul modyfikowanych tytanem lub miedzią zwiększyło aktywność antybakteryjną wobec E. coli i S', aureus. Kluczowym elementem pracy była innowacyjna modyfikacja powierzchni α -TCP za pomocą silanowych środków sprzęgających, która umożliwiła uzyskanie materiałów o podwyższonej wytrzymałości na ściskanie. Opracowano także pasty bioceramiczne do robocastingu, pozwalające na wytwarzanie rusztowań o kontrolowanej porowatości i potwierdzonym potencjałem bioaktywnym in vitro. Uzyskane w ramach rozprawy wyniki stanowią solidną podstawę do dalszego rozwoju funkcjonalizowanych biomateriałów cementowych dla inżynierii tkanki kostnej.

In response to the increasing demand for advanced bone substitute materials arising from the need for reconstruction of damaged hard tissues, this dissertation focuses on the development and comprehensive characterization of hybrid, cementitious biomaterials intended for bone regeneration. The research employed a multi-stage strategy aimed at improving the final properties of the materials through compositional modifications involving natural polymers, silane coupling agents, and biologically beneficial elements. The obtained biomaterials, containing α -TCP powder, HA/CTS hybrid granules, and citrus pectin gel, exhibited a dual setting mechanism based on α -TCP hydrolysis and polymer crosslinking. The introduction of hybrid granules modified with titanium or copper further enhanced antibacterial activity against E. coli and S', aureus. A key aspect of the study was the innovative surface modification of α -TCP using silane coupling agents, which enabled the fabrication of materials with significantly improved compressive strength. Bioceramic pastes suitable for robocasting were also developed, allowing the production of scaffolds with controlled porosity and confirmed in vitro bioactive potential. The results obtained in this dissertation provide a solid foundation for the further development of functionalized cementitious biomaterials for bone tissue engineering.