Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító."— Előadás másolata:

1 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

2 „SCAFFOLD”-OK ELŐÁLLÍTÁSA Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Dr. Pongrácz Judit Háromdimenziós szövettenyésztés és „tissue engineering” – 9. Előadás

3 TÁMOP /1/A I. „Scaffold” előállítás - Alapvető kritériumok I. •Biokompatibilitás •Biokompatibilitás – immunreakciók elkerülése •Felszíni kémia •Felszíni kémia – sejtfunkciók támogatása •Egymással összeköttetésben lévő pórusok kialakítása •Egymással összeköttetésben lévő pórusok kialakítása – sejtek egyenletes eloszlásának és erek képződésének támogatása •Ellenőrzött biodegradáció •Ellenőrzött biodegradáció – az új szövet kialakulásának lehetővé tétele

4 TÁMOP /1/A II. „Scaffold” előállítás - Alapvető kritériumok II. •Mechanikai tulajdonságok •Mechanikai tulajdonságok – a szerkezet és funkció stabilitása a beültetés után illetve a szöveti újraképződés során gyógyszermolekulák bioaktív anyagok beágyazására és szabályozott felszabadulására •Lehetőség különböző gyógyszermolekulák illetve bioaktív anyagok beágyazására és szabályozott felszabadulására •ECM interakció •ECM interakció – beültetés után az ECM kialakulásának támogatása •Beültetés után az ECM helyettesítése

5 TÁMOP /1/A A „scaffold”-ok tulajdonságainak jelentősége •Biztosítják a sejtek számára a 3D környezetet •Beültetés után átmenetileg az ECM-t helyettesíti •Közvetlenül irányítják a sejtek differenciálódását •Szerkezetük meghatározza az előállított szövetkonstrukciók tápanyagellátását

6 TÁMOP /1/A I. Öntéses-kioldásos módszer (SCPL) I. •Az oldószerben feloldott „scaffold”-anyagot pórusképző részecskékkel töltött öntőformába öntik •Oldószer elpárologtatása •Pórusképző részecskék kioldása •„Scaffold” bevonat: az öntőformát a feloldott „scaffold” anyagba mártják •Egyszerű, könnyű, olcsó technika •Nem igényel speciális laboratóriumi felszerelést •A használt szerves oldószerek gyakran mérgezőek, maradványaik nehezen eltávolíthatóak

7 TÁMOP /1/A II. Öntéses-kioldásos módszer (SCPL) II. Oldószerelpárologtatása Porogén kioldása Oldószer Polimer Porogén Öntőforma Porózus szerkezetet kapunk

8 TÁMOP /1/A Fázis szeparációs módszerek •A polimert két, egymással nem elegyedő oldószer keverékében oldják fel •A telített oldatot melegítik •A magas illetve alacsony polimer- tartalmú fázisok elkülönülnek egymástól •A hőmérséklet csökkentésével a polimer kiválik a fázishatáron a túltelített oldatokból •Az oldószert eltávolítják (kivonás, elpárologtatás, szublimáció)

9 TÁMOP /1/A Magasszintű technikák Gázhabosítás •Speciális felszerelést igényel •A „scaffold” anyagát nyomásálló kamrába töltik •A „scaffold” anyagát szuperkritikus állapotú széndioxidban „oldják” fel •A hőmérséklet csökkentésével gáz halmazállapotúvá válik •A fázishatáron kicsapódik a feloldott polimer Hőmérséklet T (K) Nyomás P (bar) szilárd folyadék gáz kritikus pont szuperkritikus állapot hármas pont

10 TÁMOP /1/A I. Elektroszövés I. V Injektor Gyűjtőlemez Fémtű Polimer vagy kompozit oldat Elektromosan töltött szál Magasfeszültségűáramforrás

11 TÁMOP /1/A II. Elektroszövés II. •Speciális felszerelést igényel •Sokoldalú, flexibilis technika •Nincs szükség extrém körülményekre (hő, koaguláció) •Többféle polimer használható, pl.: PLA, PLGA, selyem fibroin, chitosan, kollagén •Szálvastagság, pórusméret, szálorientáció könnyedén szabályozható

12 TÁMOP /1/A Magasszintű technikák Szövött biotextíliák •Speciális felszereltséget igényel •Az így előállított „scaffold” szabályos, szövött szálakat tartalmaz •2D illetve 3D „scaffold” szerkezet is előállítható •A pórusméret könnyen szabályozható •Sokoldalú technika, a „scaffold” anyag széles körben alkalmazható és kombinálható

13 TÁMOP /1/A Szövött biotextília

14 TÁMOP /1/A Magasszintű technikák Spontán „összeszerelődés” •Spontán „összeszerelődés” a molekulák spontán összeállása rendezett struktúrává •Oldott állapotban az amfofil peptidek nem-kovalens kötésekkel összekapcsolódnak

15 TÁMOP /1/A Amfofil peptidek tervezése •Foszfoszerin-csoport serkenti a mineralizációt (csontszövet előállításánál) •RGD motívumok segítik az adhéziót (integrin-kötőhelyek biztosítása) •Ciszteinek a molekulák közötti keresztkötések létrejöttét teszik lehetővé •GGG összekötő-motívumok a feji és farki rész között növelik a molekuláris szerkezet rugalmasságát

16 TÁMOP /1/A Magasszintű technikák Automatikus gyártási technológiák •„Rapid prototyping”: adott szerkezetű tárgy automatizált előállítása additív technológia felhasználásával •Gyors technológia, mely azonos minőségű, szerkezetű, mintázatú „scaffold”-ot eredményez •Drága módszer, számítógép vezérelt készüléket igényel

17 TÁMOP /1/A Magasszintű technikák Fused deposition modeling (FDM) •Robotikusan vezérelt készülék •Polimer vagy más anyagból készült szálat tesz le a lerakófejen keresztül több rétegben •Szilárd felületre vagy •„Vonalkázva”: ekkor a később eltávolításra kerülő részekhez más anyagot használnak

18 TÁMOP /1/A •A kicsivel az olvadáspontja alatt tartott, por vagy granulátum formájú „scaffold” anyagból egy réteget terítenek le (előreprogramozott minta szerint) •A számítógép-vezérelt lézersugár felmelegíti az anyagot, amely ennek hatására összeáll (összeolvad anélkül, hogy megolvadna) •Újabb réteget fektetnek le és olvasztanak össze •A tárgy 3D szerkezete így rétegenként épül fel Magasszintű technikák Selective laser sintering (SLS)

19 TÁMOP /1/A Selective laser sintering (SLS) 4 Lézer „Scaffold” réteg Éppen készülő tárgy Szkenner 1 Dugattyú Roller Dugattyú „Scaffold” anyagot mozgató rendszer 2 6

20 BIOKOMPATIBILITÁS Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Dr. Pongrácz Judit Háromdimenziós szövettenyésztés és „tissue engineering” – 10. Előadás

21 TÁMOP /1/A Biokompatibilitás - Definíció Az anyag azon képessége, hogy a befogadó szervezetben az alkalmazásának megfelelő választ vált ki. biokompatibilitás A biokompatibilitás a TE termékek előállításához használt „scaffoldok” vagy mátrixok azon képessége, hogy olyan szubsztrátként viselkednek, amely támogatja a megfelelő sejtműködést, vagyis megkönnyíti a molekuláris és mechanikai jelátviteli rendszerek működését az optimális szövetregeneráció érdekében, DE sem az adott sejtekben, sem pedig lokálisan vagy szisztémásan nem idéz elő nem kívánt válaszreakciót.

22 TÁMOP /1/A Biokompatibilitás - Jelenlegi nézetek Régi koncepció: Régi koncepció: olyan bioanyagok használata, melyek nem lépnek interakcióba a befogadó szervezet („host”) szöveteivel A bioanyag-tervezés új célkitűzései: •A bioanyagok aktív módon interakcióba lépnek a „host” szöveteivel •Pozitív élettani választ váltanak ki •Támogatják a sejtek növekedését és differenciálódását

23 TÁMOP /1/A Bioanyagok biokompatibilitása •A természetből származó anyagok természetüknél fogva biokompatibilisek (pl.: kollagén, fibrin, hyaluronsav) •A xenogén bioanyagokat a biokompatibilitás eléréséhez módosítani kell (pl.: borjúkollagén humán felhasználása előtt az immunogén szekvenciákat el kell távolítani emésztéssel) •Már rekombináns humán kollagén is kapható •Más xenogén anyagok (pl.: növényi eredetű poliszacharidok) biokompatibilitását tesztelni kell •Szintetikus anyagoknál szintén ellenőrizni kell azok biokompatibilitását

24 TÁMOP /1/A Biokompatibilitás - Terminológia Biodegradálhatóság: Biodegradálhatóság: in vivo makromolekuláris degradáció; a lebomlási termékek nem eliminálódnak a szervezetből Bioabszorbeálhatóság: Bioabszorbeálhatóság: a makromolekuláris komponensek az anyagcsere megváltozása nélkül jutnak be a szervezetbe Biológiai felszívódóképesség: Biológiai felszívódóképesség: a makromolekuláris alkotóelemek lebomlása és metabolizálódása, a molelulatömeg csökkenése, a végtermék kiválasztása

25 TÁMOP /1/A Biokompatibilitás tesztelése •A vér/anyag vagy szövet/anyag határfelületnek a lehető legkisebbnek kell lennie •Álljon ellen a biodegenerációnak •Fontos, hogy a bioanyag természetes anyagként viselkedjen vér és szövet jelenlétében. •A beültethetőséget kizárja, ha az anyag: –Vérrögképződést indít el (Trombózisveszély) –Károsítja vagy szenzitizálja a vér sejtes elemeit –Megváltoztatja vérplazma fehérjéit (köztük enzimeket) nem kívánt reakciókat előidézve –Káros immunreakciót indít el –Rákot okoz –Teratogén –Toxikus vagy allergiás választ vált ki –Elektrolitvesztést okoz –Sterilizálás hatással van rá

26 TÁMOP /1/A Inkompatibilitás miatt fellépő komplikációk •A beültetett anyag elleni immunreakció •Krónikus gyulladás •Hegszövet képződés •Fokozott véralvadás (érgraft inkompatibilitás) •Graft elégtelenség •Kilökődés

27 TÁMOP /1/A Normál sebgyógyulás sebgyógyulás A sebgyógyulás több fázisra osztható, az egyes szakaszokra a bennük szerepet játszó sejtpopulációk illetve sejtfunkciók egyaránt jellemzőek: Véralvadás Gyulladás Sejtek inváziója és szöveti újraképződés

28 TÁMOP /1/A I. Idegentest reakció I. idegentest reakció Az implantátum jelenléte megváltoztatja a gyógyulási folyamatot, ez az un. idegentest reakció (Foreign Body Reaction, FBR), részei: •Fehérje adszorpció •Makrofágok •Sokmagvú idegentest óriássejtek •Fibroblasztok •Érképződés végső készenléti állapot Az implantátum folyamatos jelenléte egy végső készenléti állapot eléréséhez vezethet (resolution). Az implantátum sorsa ezután a következő 3 folyamat egyike lehet: •Reszorpció •Integráció •Enkapszuláció (fibrózis)

29 TÁMOP /1/A II. Idegentest reakció II. Bioanyag Monociták Makrofágok Ér Endotél Sejt-vándorlás Fibroblasztokat és kollagént tartalmazó réteg Makrofágokat tartalmazó réteg Bioanyag Idegentest típusú óriássejtek A frusztrált fagocitózis a makrofágok aktivációjához és óriássejtek képződéséhez vezet Az abszorbeált plazmafehérjék granulocita és makrofág választ indítanak el

30 TÁMOP /1/A Bioanyagok Ideiglenes implantátumok: •A szöveti regeneráció és gyógyulás átmeneti segítése •Csont graftok, biológiailag felszívódó sebészeti varratok Állandó implantátumok: •Hosszú távú fizikai integritás és mechanikai teljesítmény •Szervműködés hosszú távú helyettesítése •Műbillentyűk, ízületek, stb.

31 TÁMOP /1/A Biológiailag inert anyagok Poli-tetrafluor-etilén (PTFE, Teflon®): •A szervezet számára inert •Rendkívül alacsony súrlódási együttható (0,05-0,10 a polírozott acélhoz képest) •Biológiailag inert, az élő szövetekkel nem lép interakcióba •Ízületi protézisek valamint műbillentyűk felszínének borítására használják

32 TÁMOP /1/A Szilikon származékok •A szilikonok olyan polimerek, amelyek a biokompatibilis polimerek által általánosan tartalmazott C, H, N, O elemek mellett Si-t is tartalmaznak •A szilikonok gyógyászati osztályozása: nem beültethető, rövid- illetve hosszútávra beültethető szilikonok •Katéterek, csövek, mellimplantátumok, óvszerek előállításához

33 TÁMOP /1/A Biokompatibilis fémek •Titánium ötvözetek ízületi protézisekhez és fogpótlásokhoz •Kitűnő mechanikai sajátságok •Nem toxikusak, és nem lökődnek ki •Egyedülálló osseointegrációs képesség •A beültetést megelőzően alkalmazott hidroxiapatit borítás elősegíti az osseointegrációt

34 TÁMOP /1/A Hidroxiapatit kerámiák •A hidroxiapatit (HA) természetes állapotban a csontokban és a fogakban megtalálható •HA kristályokat gyakran más polimerekkel kombinálják a „scaffold” előállítás során •Mikrokristályos HA táplálékkiegészítőként is kapható a csontritkulás megelőzésére •Jobb, mint a CaCO 3 az oszteoporózis megelőzésében

35 TÁMOP /1/A Poli-  -hidroxi-savak: bioabszorbeálható polimerek •Leggyakrabban használt bioanyagok •Fő felhasználási terület: felszívódó varratok, gyógyszerhordozó „scaffold”- ok, ortopédiai protézisek •Poliészter láncok •Egyszerű hidrolízissel történő biodegradáció •A keletkező a-hidroxi-savak különböző anyagcsereutakon át eliminálódnak (pl.: citromsav ciklus) vagy módosítás nélkül a vizelettel távoznak

36 TÁMOP /1/A I. Poli-  -hidroxi-savak biodegradációja I. poli-  -hidroxi- savak Leggyakrabban használt poli-  -hidroxi- savak: •Poli-tejsav (PLA) •Poli-glikolsav (PGA) •Poli-kaprolakton (PCL) Degradációs termékeik a citrátkörbe lépnek be PoliészterHidroxi-terminálisKarboxi-terminális H2OH2O (CH 2 ) n CO(CH 2 ) n C OO HO(CH 2 ) n CO O (CH 2 )COH O +

37 TÁMOP /1/A II. Poli-  -hidroxi-savak biodegradációja II. PGAPGA PLAPLA H2OH2O GlikolsavGlicinSzerin TejsavPiruvát CO 2 Acetil-KoA Citromsav Citrátkör Oxidatív foszforiláció CO 2  -Hidroxi-butirát Acetoacetát H2OH2O H2OH2O PDSPDS PHBPHB Észteráz Vizelet H2OH2O ATP PGA = poli-(glikolsav) PLA = poli-(tejsav) PDS = poli-(d-dioxán) PHB = poli-(hidoroxi-butirát)

38 TÁMOP /1/A Poli-  -hidroxi-savak felhasználása TípusPolimerJelenlegi felhasználás Poliészter Politejsavak Poli-(L-tejsav), [PLLA] Poli-(D, L-tejsav), [PDLLA] • Felszívódó varratok • Csontprotézisek • Csont-, máj- és idegszövet konstrukció számára „scaffold”-ként • Gyógyszerhordozóként (többféle) Poliészter Tejsav-glikolsav kopolimer, [PLGA] • Szabályozott hatóanyag-leadási rendszerként (fehérjék és kismolekulájú gyógyszerek) • TE „scaffold” • Gyógyszerhordozóként (többféle) • Génátvitel PoliészterPoli-(ε-kaprolakton), [PCL] • Lassú szabályozott hatóanyag- leadási rendszerként – gyógyszerhordozóként (pl.: > 1 év)

39 TÁMOP /1/A Poli-(Glikolsav), (PGA) •PGA merev, erősen kristályos anyag •Kizárólag erősen apoláros szerves oldószerekben oldódik • Főként felszívódó varratokban használják (Dexon®) •SCPL technikával „scaffold” előállítás •Tömeg-degradáció •Természetes lebomlási termék (glikolsav)

40 TÁMOP /1/A Poli-(tejsav), PLA és PGA kopolimerek •D, L izoformák és racémek keverékei •Leggyakrabbab az L izoformát használják együtt PGA-val: PLGA kopolimer •PLGA egyike azon kevés polimernek, amelyet humán felhasználásra fejlesztettek ki •PGA és PLLA kopolimerjei széles körben felhasználhatóak •A degradáció sebessége illetve típusa a kopolimer összetételétől függ

41 TÁMOP /1/A Politejsavak biodegradációja •Általános lépés az észterkötések random hidrolízise •A degradáció típusa és sebessége az összetételtől függ •A lebomlási termékek nem toxikusak, nem váltanak ki gyulladást •Nagyméretű ortopédprotézisek esetén azok savas degradációja toxikus termékeket eredményezhet •Kisebb darabok törhetnek le az implantátumról, melyek gyulladást okozhatnak

42 TÁMOP /1/A Poli-(kaprolakton), (PCL) •Szemikristályos polimer •Nagyon lassú degradáció (a tiszta PCL 3 év alatt bomlik le, más kapronokkal alkotott kopolimerjei könnyebben degradálódnak) •Hosszabb távú gyógyszerhordozásra használják •A PCL-t biokompatibilis, nem toxikus anyagként tartják számon

43 TÁMOP /1/A Polimer erózió •A víz beszivárog az anyagba, a polimer amorf fázisának kémiai kötéseit hasítja, így a hosszú polimerláncokat rövid vízoldékony darabokra bontja. tömegerózió •Ennek következtében a molekulatömeg csökken, a fizikai tulajdonságok viszont nem változnak, hiszen a kristályos fázisok összetartják a polimert. A víz átjárja az anyagot, és a fragmensek metabolizálódását és tömegerózióját indítja el. felületi erózió •A polimer felületi eróziójáról akkor beszélünk, ha a polimer gyorsabban alakul át vízoldékony anyagokká, mint ahogy a víz beszivárog a konstrukcióba.

44 TÁMOP /1/A Bioanyagok degradációjának típusai Idő Degradáció Tömegerózió Felületi erózió

45 TÁMOP /1/A I. Degradáció I. •Biológiailag lebomló hidrogélek: a vízoldékony polimerláncok közötti kémiai keresztkötések hasítása •Felületi erózió a jellemző •A tömegveszteség lineáris a degradáció során

46 TÁMOP /1/A II. Degradáció II. A polimerlánc hasítása vízoldékony monomereket eredményez −(CH − C − O − CH − C − O −) x −(CH 2 − C − O − CH 2 − C − O) y − −HO − CH − C − OH + OH − CH 2 − C − OH CO 2 + H 2 O H2OH2O Krebbs ciklus O CH 3 O OO OO

47 TÁMOP /1/A III. Degradáció III. •Polimer hidrofóbicitás: a hidrofóbicitás növekedése nagyobb stabilitást eredményez •Bulky szubsztitúciós csoportok (pl.: metil-csoport PLA esetén) növeli a degradációs időt (PGA


Letölteni ppt "Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító."

Hasonló előadás


Google Hirdetések