Biodegradowalne, wielofunkcyjne materiały kompozytowe dla inżynierii tkankowej

Abstract

Praca doktorska dotyczy opracowania i kompleksowej charakterystyki biodegradowalnych, wielofunkcyjnych kompozytów do zastosowań w inżynierii tkankowej. Opracowano bioresorbowalne kompozyty polimerowe wzbogacone polifenolami z szałwii lekarskiej (Salvia officinalis L.) oraz modyfikowane cząstkami szkła bioaktywnego (BG) i wielościennymi nanorurkami węglowymi (MWCNTs). Analizowano wpływ: (i) parametrów faz modyfikujących (skład chemiczny, tekstura BG, grupy funkcyjne MWCNTs), (ii) rodzaju osnowy - poli(ɛ-kaprolaktonu) (PCL) i kopolimeru laktydu i glikolidu (PLGA), oraz (iii) stężenia polifenoli na właściwości fizykochemiczne i biologiczne biomateriałów. Wykazano, że kompozyty charakteryzują się działaniem selektywnie przeciwnowotworowym, osteogennym, przeciwzapalnym, bakteriostatycznym i antybiofilmowym. Właściwości te można modulować poprzez dobór osnowy, rodzaju i cech napełniaczy oraz stężenia polifenoli. Szkła bioaktywne o wysokiej powierzchni właściwej i zawartości grup silanolowych oraz odpowiednio funkcjonalizowane nanorurki zwiększają zdolność wiązania polifenoli, wpływając na ich retencję, kinetykę uwalniania i aktywność antyoksydacyjną. Polifenole modyfikują krystalizację polimerów, poprawiają zwilżalność i bioaktywność in vitro oraz przyspieszają degradację kompozytów. Uzyskane wyniki potwierdzają wysoki potencjał materiałów w regeneracji tkanki kostnej, zwłaszcza w sytuacjach wymagających wsparcia gojenia, ograniczenia stanu zapalnego oraz działania przeciwnowotworowego lub antybakteryjnego.

The doctoral dissertation focuses on the development and comprehensive characterization of biodegradable, multifunctional composites for tissue engineering applications. Bioresorbable polymer composites were fabricated and enriched with polyphenolic compounds derived from sage (Salvia officinalis L.), and modified with bioactive glass (BG) particles and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The study evaluated the effects of: (i) modifying phase parameters (chemical composition and texture of BG, functional groups on MWCNT surfaces), (ii) polymer matrix type-poly(ɛ-caprolactone) (PCL) and poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), and (iii) polyphenol concentration on the physicochemical and biological properties of the biomaterials. The developed composites demonstrated selective anticancer, osteogenic, anti-inflammatory, bacteriostatic, and antibiofilm activity. These properties were shown to be tunable through appropriate selection of the polymer matrix, filler characteristics, and polyphenol content. Bioactive glasses with high specific surface area and silanol group content, as well as properly functionalized nanotubes, enhanced polyphenol binding, influencing retention, release kinetics, and antioxidant activity. Polyphenols were found to modify polymer crystallization, improve surface wettability and in vitro bioactivity, and accelerate composite degradation. The results confirm the high potential of the proposed materials for bone tissue regeneration, particularly in cases requiring enhanced healing, inflammation control, and anticancer or antibacterial functionality.