Получение трековой мембраны на основе полилактида для применения в кератопластике
Глава 1. Литературный обзор …………………………………………………………………………… 11
1.1. Этиопатогенез буллезной кератопатии ………………………………………………………. 11
1.2. Принципы лечения буллезной кератопатии ……………………………………………….. 12
1.2.1. Хирургические методы лечения ………………………………………………………. 13
1.2.2. Полимерные материалы в кератопластике ……………………………………….. 14
1.2.3. Полимерные материалы в лечении буллезной кератопатии ……………… 15
1.2.4. Использование клеточной терапии ………………………………………………….. 16
1.3. Использование биорезорируемых материалов в медицине …………………………. 20
1.4. Полилактид ………………………………………………………………………………………………. 21
1.5. Трековые мембраны и основные принципы их получения …………………………. 24
1.6. Полимерные трековые мембраны и перспективы их использования в
кератопластике ………………………………………………………………………………………… 26
1.7. Выводы по 1 главе …………………………………………………………………………………….. 28
Глава 2. Материалы и методы исследования ……………………………………………………. 29
2.1. Плёнки полилактида …………………………………………………………………………………. 29
2.2. Трековые мембраны на основе плёнки полилактида ………………………………….. 29
2.5. Методы изучения физических свойств материалов на основе полилактида … 34
2.5.1. Растровая электронная микроскопия ……………………………………………….. 34
2.5.2. Атомно-силовая микроскопия …………………………………………………………. 34
2.5.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия ……………………………… 35
2.5.4. Исследование смачиваемости и свободной энергии поверхности …….. 36
2.5.5. ИК-спектроскопия …………………………………………………………………………… 37
2.5.6. Спектроскопия комбинационного рассеяния……………………………………. 38
2.5.7. Оптическая спектроскопия в видимом диапазоне света ……………………. 39
2.5.8. Методика исследования механических характеристик плёнки
полилактида …………………………………………………………………………………………….. 39
2.6. Определение среднего диаметра пор и проницаемости ТМ методом “точка
пузырька” ………………………………………………………………………………………………… 40
2.7. Ускоренная деградация плёнки полилактида …………………………………………….. 41
2.7.1. Анализ молекулярно-массовых характеристик плёнки полилактида … 42
2.8. Исследование цитотоксичности полученных мембран ………………………………. 43
2.9. Медико-биологические исследования in vivo …………………………………………….. 43
2.10. Методы статистической обработки экспериментальных данных ………………. 46
Глава 3. Структурные особенности и физико-химические свойства плёнки
полилактида …………………………………………………………………………………………….. 48
3.1. Морфология поверхности плёнки полилактида по данным РЭМ ……………….. 48
3.2. Морфология поверхности: шероховатость плёнки полилактида…………………. 49
3.3. Контактный угол смачивания и поверхностная энергия плёнки полилактида 52
3.4. Исследование структуры и молекулярного состава плёнки полилактида
методами комбинационного рассеяния света и ИК спектроскопии ……………. 53
3.5. Теплофизические свойства и степень кристалличности полимерных плёнок
полилактида …………………………………………………………………………………………….. 56
3.6. Исследование оптических свойств плёнки полилактида …………………………….. 57
3.7. Механические свойства плёнки полилактида …………………………………………….. 58
3.8. Определение влияния особенностей строения плёнки полилактида на процесс
биодеградации …………………………………………………………………………………………. 60
3.9. Изменения молекулярной массы плёнки полилактида ……………………………….. 61
3.10. Выводы по 3 главе …………………………………………………………………………………… 63
Глава 4. Получение и исследование трековых мембран на основе плёнки
полилактида …………………………………………………………………………………………….. 64
4.1. Облучение тяжёлыми ионами 132Xe23+ плёнки полилактида ……………………….. 64
4.2. Травление исходной плёнки полилактида ………………………………………………….. 66
4.2.1. Травление плёнки полилактида после облучения тяжёлыми ионами
Xe23+ …………………………………………………………………………………………………….. 69
4.2.2. Оценка диаметра пор трековых мембран на основе плёнки полилактида,
полученных на пучке ионов 132Xe23+ …………………………………………………………. 71
4.3. Исследование структуры и свойств биорезорбируемой трековой мембраны на
пучке ионов 132Xe23+ …………………………………………………………………………………. 74
4.4. Трековые мембраны, полученные облучением плёнки полилактида ионами
He2+ ………………………………………………………………………………………………………… 86
4.5. Исследование структуры и свойств биорезорбируемой трековой мембраны на
пучке ионов 4He2+ …………………………………………………………………………………….. 90
4.6. Сравнительный анализ трековых мембран на пучках ионов 132Xe23+ и 4Нe2+ .. 98
4.7. Результаты исследования цитотоксичности полученных мембран ……………. 100
4.8. Биосовместимость разработанной биорезорбируемой трековой мембраны на
основе плёнки полилактида на биологических моделях in vivo ……………….. 102
4.9. Выводы к 4 главе …………………………………………………………………………………….. 114
Перечень принятых сокращений ……………………………………………………………………. 116
Благодарности ……………………………………………………………………………………………….. 117
Список литературы ……………………………………………………………………………………….. 118
Приложение А Акт внедрения в учебном процессе результатов диссертационной
работы ……………………………………………………………………………………………………. 135
Приложение Б Акт внедрения в научную деятельность результатов
диссертационной работы ………………………………………………………………………… 136
Актуальность и степень разработанности темы диссертационной работы.
Буллезная кератопатия является ведущей причиной корнеального слабовидения на
территории Российской Федерации в течение последних лет. В основе заболевания
лежит нарушение функции эндотелиального слоя роговицы, что способствует
развитию отека роговой оболочки, снижению зрения, появлению рецидивирующих
эрозий и выраженного болевого симптома. Методы консервативного и
хирургического лечения данного заболевания, предложенные на сегодняшний
день, не всегда позволяют достичь эффективных и стабильных результатов.
Использование стволовых клеток, например, мононуклеаров клеток крови,
обладающих функциональной полипотентностью и высокой
приспосабливаемостью, считается наиболее перспективным методом лечения. В то
же время, процесс культивирования и подсаживания стволовых клеток на
внутреннюю поверхность роговой оболочки с целью дальнейшего замещения
эндотелиального дефекта требует использования специально разработанных
подложек в связи с риском потери клеток в ходе манипуляций. Поэтому,
необходимо создать шероховатую площадку для лучшей адгезии клеток и
пористую структуру полимера, чтобы не ограничивать питание роговицы передней
камеры глаза. Такую роль могут выполнять трековые мембраны, которые
благодаря своим уникальным характеристикам, таким как возможность
варьирования размеров пор и их количество на единицу площади в зависимости от
функционального назначения, малая дисперсия пор по размерам, низкий уровень
дефектности, высокая селективность могут создавать площадку для клеточного
крепления и обеспечить питание тканей роговой оболочки.
На сегодняшний день в качестве полимерной матрицы для создания трековых
мембран (ТМ) используют плёнки из поликарбоната (ПК), полиэтилентерефталата
(ПЭТФ), полиимида (ПИ), полипропилена (ПП), полиэтиленнафталата (ПЭНФ),
фторированных полимеров (поливинилиденфторида). Каждый из указанных
полимеров имеет свои преимущества и недостатки, а также отработанную
методику создания однородной пористой структуры методом ионно-трековой
технологии. Однако в плане возможности применения мембраны в качестве
временной клеточной подложки, указанные полимеры имеют один существенный
недостаток – они нерастворимы в водной среде. В связи с этим, разработка
трековых мембран (ТМ) на основе биоразлагаемых полимеров с контролируемым
сроком деградации в качестве основы роста клеток, подсаженных in vivo, и
использование их для восстановления и нормализации гидратации роговицы,
становится крайне актуальным направлением в медицинском материаловедении.
Цель диссертационного исследования: Получение трековой мембраны на
основе полилактида как биорезорбируемого роговичного имплантата для
кератопластики.
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены
следующие задачи:
1. Получить биорезорбируемые тонкие плёнки на основе полилактида из
раствора и изучить их структуру, физико-химические и механические
характеристики.
2. Получить сквозные поры в плёнках полилактида, облученных пучком
заряженных ионов (132Xe23+ и 4Нe2+) посредством химического травления и выявить
их размеры для полученных биорезорбируемых трековых мембран.
3. Исследовать морфологию поверхности и структуру полученных
трековых мембран на основе плёнки полилактида, определить их функциональные
характеристики.
4. Провести медико-биологические исследования полученных трековых
мембран (ТМ) in vitro и in vivo.
Научная новизна диссертационной работы:
1. Установлена зависимость диаметра сквозных пор в биорезорбируемых
плёнках полилактида толщиной (15,5 ± 0,5) мкм облучённых пучками тяжелых или
легких ионов (132Xe23+ и 4He2+) от времени травления (от 10 до 30 минут) в 1
молярном водном растворе гидроксида натрия температурой (44 ± 1) °С.
2. Показано, что полученные при равных условиях травления (время,
концентрация, температура) трековые мембраны на основе облученной плёнки
полилактида пучком ионов 132
Xe23+ с диаметром пор 0,7 мкм и плотностью
(3,2 ± 0,4) 106 пор/см2 обладают оптимальным коэффициентом пропускания
видимой области света (выше 92%) и более высокой прозрачностью по сравнению
с трековыми мембранами на основе облученной плёнки полилактида пучком ионов
4
Нe2+ с диаметром пор 0,56 мкм и плотностью (0,062 ± 0,030) 106 пор/см2.
3. Установлено, что разработанные биорезорбируемые трековые
мембраны на основе плёнки полилактида не оказывают цитотоксического
действия, биоинертны, что позволяет использовать их в качестве материала
имплантата для кератопластики в доклинических исследованиях in vivo.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии понимания
физико-химических процессов, протекающих в биорезорбируемых полимерных
плёнках на основе полилактида после облучения пучком тяжелых ионов ксенона
132
Xe23+ или лёгких ионов 4Нe2+ и последующего их щелочного травления.
Практическая значимость работы.
1. Полученные в работе тонкие плёнки на основе полилактида методом
разлива применяются для выполнения научно-исследовательского проекта в НОЦ
им. Б.П. Вейнберга ТПУ для изготовления мембран с целью применения их в
офтальмологии. Подтверждено актом внедрения.
2. Разработана технология получения биорезорбируемых трековых
мембран из плёнок полилактида посредством облучения потоком заряженных
ионов (132Xe23+ с энергией 160 МэВ, 4Нe2+ с энергией 28 МэВ) и последующим
щелочным травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия.
3. Полученные биорезорбируемые трековые мембраны на основе плёнки
полилактида могут быть использованы в качестве роговичного имплантата для
кератопластики в доклинических исследованиях in vivo.
Методология и методы исследования. В диссертационной работе для
изучения физико-химических свойств полимерной плёнки и трековых мембран на
основе плёнки полилактида применялись следующие методы исследования:
растровая электронная микроскопия (РЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ),
дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), метод сидячей капли и
измерение поверхностной энергии, гель-проникающая хроматография, ИК-
спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния, поропроницаемость,
а также метод одноосного испытания на растяжение.
Медико-биологическое обоснование применения трековых мембран на основе
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (105 отзывов)
5 (91 отзыв)
4.8 (37 отзывов)
5 (428 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.8 (1033 отзыва)
4.9 (35 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
