Οι διαταραχές των οστών θεωρούνται σε όλο τον κόσμο μείζον ζήτημα, τόσο
στον τομέα της υγείας, αλλά και από οικονομικής και κοινωνικής φύσης. Αν και
έχουν γίνει πρόοδοι στη σύγχρονη ιατρική για να ξεπεραστούν οι δυσκολίες
στην επούλωση και την αναγέννηση των οστών, εξακολουθούν να υπάρχουν
άλυτα προβλήματα. Ως εκ τούτου, η Εμβιομηχανική των Οστών παραμένει ένας
αναδυόμενος τομέας στην ιατρική, που προσπαθεί να συνδυάσει βιοσυμβατά
υλικά με βλαστοκύτταρα, για τη δημιουργία εναλλακτικών εμφυτευμάτων,
προκειμένου να αποφευχθεί η απόρριψη του εμφυτεύματος από τον δότη. Οι
τελευταίες εξελίξεις στον τομέα αυτό, υποδηλώνουν ότι η επιφανειακή
τοπογραφία τέτοιων εμφυτευμάτων παίζει μηχανο-επαγωγικό ρόλο,
ρυθμίζοντας τις αποκρίσεις και τις λειτουργίες των κυττάρων. Μεταξύ άλλων
τεχνικών, η μαλακή λιθογραφία αναφέρεται ως μια εύκολη και επαναλείψιμη
μέθοδος για την αναπαραγωγή πολυμερικών ικριωμάτων με μικρομοτίβα.
Επιπλέον, διάφορα πολυμερή, φυσικά ή συνθετικά, έχουν χρησιμοποιηθεί ως
βιοϋλικά για εφαρμογές μηχανικής ιστών, αλλά με διαφορετικές δυνατότητες.
Επιπλέον, σε πολλές αναφερόμενες περιπτώσεις, μικρά μόρια ή φάρμακα
ενσωματώνονται στα παραγόμενα ικριώματα προκειμένου να ενισχυθεί το
επιθυμητό αποτέλεσμα.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία, η οξική κυτταρίνη (CA), ένα φυσικό
πολυμερές, χρησιμοποιήθηκε ως βιοϋλικό για την παραγωγή ικριωμάτων,
λόγω της βιοσυμβατότητας, της βιοδιασπασιμότητας, της ασφάλειας, του
χαμηλού κόστους και των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων του. Παράχθηκαν
δύο τύποι επιφανειών με μικρομοτίβα, και μια επίπεδη επιφάνεια των
ικριωμάτων CA μέσω μαλακής λιθογραφίας. Κατά τη μέθοδο παραγωγής, δύο
στατίνες (σιμβαστατίνη και ροσουβαστατίνη) ενσωματώθηκαν επίσης στα
ικριώματα, προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω ο αναφερόμενος οστεοεπαγωγικός τους ρόλος. Τέλος, οι μελέτες κυτταροκαλλιεργειών διεξήχθησαν
χρησιμοποιώντας μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα ποντικού (mMSCs), μια
σημαντική κυτταρική πηγή στη μηχανική ιστών λόγω της ικανότητάς τους να
αυτοανανεώνονται, να πολλαπλασιάζονται και να διαφοροποιούνται σε ένα
ευρύ φάσμα ιστο-ειδικών κυτταρικών τύπων, συμπεριλαμβανομένων των
χονδροκυττάρων, λιποκυττάρων και οστεοκυττάρων. Σκοπός αυτής της
μελέτης είναι να διερευνηθεί η επίδραση των επίπεδων και μικροδομημένων
ικριωμάτων CA με ή χωρίς στατίνες, στη μορφολογία, την προσκόλληση, τον
πολλαπλασιασμό και την οστική διαφοροποίηση των mMSCs, με στόχο την
παραγωγή ικριωμάτων με χαμηλό περιβαλλοντικό αποτύπωμα για την
καθοδήγηση κυτταρικών αποκρίσεων στο πεδίο της Εμβιομηχανικής των
Οστών.
(EL)
Bone disorders are considered a major health, economic and social issue
around the world. Although advancements have been made in contemporary
medicine to surpass the difficulties in bone healing and regeneration,
drawbacks still exist. Therefore, Bone Tissue Engineering remains an emerging
field in medicine, attempting to combine biocompatible materials and stem cells
for alternative implants in order to avoid the donor’s implant rejection. Latest
advancements in this field, suggest that the surface topography of such
implants, plays a mechanotrsanductive role by regulating the cells’ responses
and functions. Among other techniques, soft lithography is reported as an easy
and repeatable method to replicate micropatterned polymeric scaffolds.
Furthermore, various polymers, natural or synthetic, have been used as
biomaterials for tissue engineering applications, though with different
capabilities. Additionally, in many reported cases, small molecules or drugs are
incorporated into the produced scaffolds in order to enhance desirable
outcomes.
In the present master thesis, Cellulose Acetate (CA), a natural polymer, was
used as biomaterial for the production of scaffolds, due to its biocompatibility,
biodegradability, safety, low cost and excellent mechanical properties. Two
types of micro-patterned surfaces and a non-patterned (flat) surface of the CA
scaffolds were produced via soft lithography. During the production method,
two statins (simvastatin and rosuvastatin) were also incorporated into the
scaffolds, in order to further investigate their reported osteo-inductive role.
Finally, the cell culture studies were carried out using mouse Mesenchymal
Stem Cells (mMSCs), an important cell source in tissue engineering due to their
ability to self-renew, proliferate, and differentiate into a wide range of tissuespecific lineages, including chondrogenic, adipogenic and osteogenic lineages.
The purpose of this study is to investigate the effect of flat and micropatterned
CA scaffolds with or without statins, on mMSCs morphology, adhesion,
proliferation and osteogenic differentiation, aiming to produce scaffolds with low
environmental footprint in order to guide cellular responses, for the field of Bone
Tissue Engineering.
(EN)
University of Crete
