Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng hóa scaffold hình trụ cho kỹ thuật tái tạo mô mạch

Nghiên cứu luận án tiến sĩ về chế tạo và đặc trưng hóa giá đỡ hình trụ từ poly lactic acid và coεcaprolactone cho kỹ thuật mô mạch.

Trường đại học

Universiti Sains Malaysia

Chuyên ngành

Kỹ thuật tái tạo mô

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

thesis

2019

222
4
0

Phí lưu trữ

55 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu scaffold hình trụ từ poly lactic acid

Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng hóa scaffold hình trụ từ poly lactic acid (PLA) và polycaprolactone (PCL) đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật tái tạo mô mạch. Các vật liệu sinh học này có khả năng tương thích sinh học cao và khả năng phân hủy sinh học, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng y tế. Việc phát triển các scaffold này không chỉ giúp cải thiện khả năng tái tạo mô mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong điều trị các bệnh lý liên quan đến hệ thống mạch máu.

1.1. Đặc điểm của poly lactic acid và polycaprolactone

PLA và PCL là hai loại vật liệu sinh học phổ biến trong nghiên cứu scaffold. PLA có tính chất cơ học tốt và khả năng phân hủy nhanh, trong khi PCL có độ dẻo và khả năng chịu lực tốt hơn. Sự kết hợp giữa hai vật liệu này tạo ra scaffold với các đặc tính tối ưu cho kỹ thuật tái tạo mô.

1.2. Tầm quan trọng của scaffold trong tái tạo mô mạch

Scaffold đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ sự phát triển của tế bào và mô mới. Chúng cung cấp cấu trúc và môi trường cần thiết cho tế bào phát triển, từ đó giúp cải thiện khả năng tái tạo mô mạch. Việc nghiên cứu và phát triển scaffold hiệu quả là cần thiết để nâng cao chất lượng điều trị cho bệnh nhân.

II. Thách thức trong việc chế tạo scaffold hình trụ cho mô mạch

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc chế tạo scaffold hình trụ từ PLA và PCL vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ bền cơ học, khả năng tương thích sinh học và tốc độ phân hủy cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả trong kỹ thuật tái tạo mô. Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc cải thiện các đặc tính này thông qua các phương pháp chế tạo khác nhau.

2.1. Độ bền cơ học và tính ổn định của scaffold

Độ bền cơ học là yếu tố quan trọng quyết định khả năng chịu lực của scaffold trong quá trình sử dụng. Việc tối ưu hóa tỷ lệ giữa PLA và PCL có thể giúp cải thiện độ bền mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt cần thiết cho scaffold.

2.2. Khả năng tương thích sinh học của vật liệu

Khả năng tương thích sinh học của scaffold ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của tế bào. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung các thành phần như collagen có thể cải thiện khả năng tương thích sinh học của scaffold, từ đó thúc đẩy quá trình tái tạo mô.

III. Phương pháp chế tạo scaffold hình trụ từ PLA và PCL

Có nhiều phương pháp chế tạo scaffold hình trụ từ PLA và PCL, trong đó hai phương pháp phổ biến nhất là freeze-dryingmelt-spinning. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của scaffold cuối cùng.

3.1. Phương pháp freeze drying trong chế tạo scaffold

Phương pháp freeze-drying giúp tạo ra cấu trúc xốp cho scaffold, cho phép tế bào dễ dàng xâm nhập và phát triển. Quá trình này cũng giúp bảo tồn các đặc tính sinh học của vật liệu, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến trong kỹ thuật tái tạo mô.

3.2. Phương pháp melt spinning và ứng dụng của nó

Melt-spinning là phương pháp tạo ra các sợi mảnh từ PLA và PCL, giúp tạo ra scaffold với cấu trúc fibrous. Phương pháp này có thể cải thiện độ bền và khả năng chịu lực của scaffold, đồng thời tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn cho sự phát triển của tế bào.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của scaffold

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng scaffold hình trụ từ PLA và PCL có thể đạt được các đặc tính cơ học và sinh học mong muốn. Các thử nghiệm in vitro cho thấy scaffold này có khả năng hỗ trợ sự phát triển của tế bào mạch máu, mở ra cơ hội cho các ứng dụng trong y học tái tạo.

4.1. Kết quả thử nghiệm in vitro của scaffold

Các thử nghiệm in vitro cho thấy scaffold từ PLA và PCL có khả năng hỗ trợ sự phát triển của tế bào mạch máu. Điều này chứng tỏ rằng scaffold có thể được sử dụng trong các ứng dụng y tế thực tiễn, đặc biệt là trong kỹ thuật tái tạo mô mạch.

4.2. Ứng dụng trong điều trị bệnh lý mạch máu

Scaffold hình trụ từ PLA và PCL có thể được ứng dụng trong điều trị các bệnh lý liên quan đến mạch máu, như bệnh tim mạch. Việc sử dụng scaffold này có thể giúp cải thiện khả năng tái tạo mô và giảm thiểu các biến chứng trong quá trình điều trị.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng hóa scaffold hình trụ từ PLA và PCL đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực kỹ thuật tái tạo mô mạch. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu quả của scaffold trong các ứng dụng y tế. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại những tiến bộ đáng kể trong điều trị các bệnh lý mạch máu.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực scaffold

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính chất cơ học và sinh học của scaffold thông qua việc tối ưu hóa tỷ lệ giữa PLA và PCL, cũng như việc bổ sung các thành phần sinh học khác.

5.2. Triển vọng ứng dụng trong y học tái tạo

Với những tiến bộ trong công nghệ chế tạo và hiểu biết về vật liệu sinh học, scaffold hình trụ từ PLA và PCL có thể trở thành một giải pháp hiệu quả trong điều trị các bệnh lý mạch máu, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

11/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

FABRICATION AND CHARACTERISATION OF POLY (LACTIC ACID-CO-ε-CAPROLACTONE) CYLINDRICAL SCAFFOLD FOR VASCULAR TISSUE ENGINEERING TRAN THANH TAM UNIVERSITI SAINS MALAYSIA 2019 FABRICATION AND CHARACTERISATION OF POLY(LACTIC ACID-CO-ε-CAPROLACTONE) CYLINDRICAL SCAFFOLD FOR VASCULAR TISSUE ENGINEERING by TRAN THANH TAM Thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy November 2019 ACKNOWLEDGEMENTS First of all, I would like to express my gratefulness and respect to my main supervisor, Ts. Zuratul Ain Abdul Hamid, my co-supervisors, Prof. Cheong Kuan Yew, Prof. Zulkifli Ahmad, and my advisor, Dr.

I profoundly value their mentoring, support and sharing of knowledge. Secondly, I would like to acknowledge the opportunity and full financial aid provided by JICA Corp. through the AUN/Seed-Net scholarship in cooperation with Ho Chi Minh University of Technology, throughout the three-year duration of my study. Many thanks to Prof.

Ahmad Fauzi Mohd Noor for his ample support and supervision for myself as one of AUN/Seed-Net students. In addition, I would like to thank the Dean and the staff of School of Materials and Mineral Resources Engineering, USM, for their continual help during my research, especially Mr. Azam Rejab, Mr. Azrul Zainol Abidin, and the late Mr.

Kemuridan Desa, for offering their time and technical assistance. I am also thankful to all the help I have received from fellow postgraduate students, especially my friend Lai Ngoc Thien, for emotional support and encouragement, and for aiding me in both experimental and writing work. Finally, yet most importantly, I would like to thank my family, with the deepest gratitude and appreciation towards my parents, the ones who have created and given me opportunities and unconditional support. ii TABLE OF CONTENTS Page ACKNOWLEDGEMENTS.

ii TABLE OF CONTENTS. iii LIST OF TABLES. viii LIST OF FIGURES. ix LIST OF PLATES.

xviii LIST OF SYMBOLS. xix LIST OF ABBREVIATIONS. xxiii CHAPTER 1 INTRODUCTION.3 Scope of research .5 Outline of the thesis. 8 CHAPTER 2 LITERATURE REVIEW .1 Vascular system and structure (insufficient literature review) .1 Vascular system of human body (too much general information about vascular system) .2 Native vascular structure .2 Vascular tissue engineering and its requirements .3 Materials used to fabricate vascular scaffold .4 Techniques to fabricate vascular scaffold .1 Porous structure technique.2 Fibrous structure technique .1 Freeze-drying machine .4 Cotton candy machine .6 Universal mechanical testing machine .1 Fabrication of bilayer scaffold using freeze-drying and melt-spinning techniques .1(a) Freeze-drying technique .1(b) Melt-spinning technique and bilayer scaffold fabrication .2 Effect of annealing on the properties of freeze-dried PLCL scaffold 38 3.3 Effect of salt leaching on the properties of freeze-dried PLCL scaffold 39 iv 3.4 Improvement of biological properties of PLCL scaffold by addition of collagen sponge to the outer layer .7 Water contact angle measurement .8 In vitro biodegradation.

50 CHAPTER 4 RESULTS AND DISCUSSION .1 Fabrication of bilayer scaffold using freeze-drying and melt-spinning techniques .2(c) Bilayer cylindrical scaffold .8 In vitro biodegradation .2 Effect of annealing on the properties of freeze-dried PLCL scaffold .3(a) Annealed 6% PLCL scaffolds .3(b) Annealed 9% PLCL scaffold .6(a) Annealed 6% PLCL scaffolds .6(b) Annealed 9% PLCL scaffolds .8 In vitro biodegradation .3 Effect of salt leaching on the properties of freeze-dried PLCL scaffold for vascular tissue engineering.7 In vitro biodegradation .4 Improvement of biological properties of PLCL scaffold by addition of collagen sponge to the outer layer .7 In vitro biodegradation. 169 CHAPTER 5 CONCLUSION AND FUTURE RECOMMENDATIONS .1 Fabrication of bilayer scaffold using freeze-drying and melt-spinning techniques .2 Effect of annealing on the properties of freeze-dried PLCL scaffold 173 5.3 Effect of salt leaching on the properties of freeze-dried PLCL scaffold 174 5.4 Improvement of biological properties of PLCL scaffold by addition of collagen sponge to the outer layer .2 Recommendations for Future Research. 193 LIST OF PUBLICATIONS vii LIST OF TABLES Page Table 2.1 Requirements for an ideal vascular graft in tissue engineering for particular small-diameter vessels (Catto et al.1 List of materials.2 List of equipment .3 Formation of single and bilayer scaffold due to freeze-drying and melt-spinning techniques.4 Annealing temperature and time of freeze-dried PLCL scaffold.5 Ratios of NaCl and PLCL 9% solution for vascular scaffolds .6 Formation of PLCL scaffolds coated with Collagen on the outer layer.2 Mean thickness and pore size from different views of PLCL scaffold with 6 and 9% concentration .3 DSC peaks of PLCL scaffolds (6 and 9% PLCL content) after annealed process at different time and temperature. 95 viii LIST OF FIGURES Page Figure 1.1 Statistic the reason of death in the world caused by cardiovascular disease (Criqui et al.2 The approaches to fabricate vascular scaffolds to replace arterial vessel (Song et al.1 Overview of blood vessels system in the human body (Martini et al.2 Composition and mean value of wall thickness and inner diameter of each type of vessels in human body (Burton, 1954) .3 Principle of forming new vessel from resorbable vascular graft.4 The major requirements for tissue engineering vascular graft (J.

Wu et al.5 Schematic illustration of tissue vascular engineering graft manufacturing process (Carrabba et al. Schematic of synthetic copolymer PLCL from monomer LA and CL (Stegemann et al. Molecular structure of 1, 4-dioxane solution .2 Collagen type I structure with its functional groups (Yamauchi and Shiiba, 2008). Molecular structure of glutaraldehyde.

Molecular structure of glycine .5 Freeze-drying processing to fabricate PLCL cylinder scaffold .6 Melt-spinning processing and formation of bilayer PLCL scaffold.7 Freeze-drying and salt – leaching process in fabrication of PLCL cylinder scaffold.8 Fabrication of collagen layer on PLCL cylinder scaffold.9 Relationship between absorbance and cell number using CCK – 8 provided by Dojindo Co.1 FTIR spectra of single PLCL scaffolds fabricated from melt – spinning and freeze-drying technique with different concentration (6 and 9%) and bilayer scaffolds.2 SEM images at the outer view of PLCL scaffolds at 6 and 9% with low and high magnifications .3 Pore size distribution of PLCL scaffolds on the outer surface with different concentrations: a) 6% and b) 9% .4 SEM images at the inner surface of PLCL scaffolds at 6 and 9% concentration of PLCL with low and high magnifications .5 Pore size distribution on the inner surface of PLCL scaffolds at different concentrations: a) 6% and b) 9% .6 SEM images at the cross-sectional view of PLCL scaffolds at 6 and 9% concentrations with low and high magnifications .7 Pore size distribution at the cross-sectional view of PLCL scaffolds in different concentrations and positions: a) 6% - pine tree-like part; b) 9% - pine tree-like part; c) 6% - bamboo-like part; d) 9% - bamboo-like part .8 Single layer melt-spun PLCL scaffold from different views: a) overview of tube and b) a part of cross-sectional view.9 SEM images of melt-spun PLCL scaffold from different views from low to high magnification: a) outer face, b) inner face, and c) cross-sectional face.10 Fibre size distribution and gap size distribution of melt-spun PLCL scaffold .11 Photographs of bilayer scaffolds with inner layer fabricated from different PLCL concentrations.12 SEM images of bilayer cylindrical scaffold with fibrous-structured outer layer and porous-structured inner layer with different PLCL concentrations, shown at low and high magnification .13 Density of single- and double-layer scaffolds with different concentration of PLCL.14 Comparison of porosity percentage of scaffolds with single FD (6 and 9%), single MS and bilayer with different inner layer (6 and 9%).15 Contact angle droplet images of freeze-dried PLCL scaffold on the inner and outer surface .16 Comparison of (a) contact angle and (b) surface energy of PLCL scaffold with different PLCL concentrations at inner and outer face.17 Droplet images of water onto the surface of melt-spun PLCL scaffold at various points of contact (a to c) showing the super- absorption characteristic of fibrous structure.18 Stress-strain curves of PLCL scaffold comparing with different structure and concentration: a) Single FD PLCL 6%, MS and their bilayer scaffold; b) Single FD PLCL 9%, MS and their bilayer scaffold.19 Comparison of mechanical properties of single and double-layer scaffold: a) maximum ring tensile strength, b) elongation at break, c) modulus, and d) maximum burst pressure.20 Fracture morphology of FD PLCL 6% scaffold after tensile test from low to high magnification SEM images: a) Outer view, b) Inner view, and c) Cross-sectional view.21 SEM images of FD PLCL 9% scaffold after tensile test from the cross-sectional view: (a) low magnification; (b) high magnification.22 SEM images of fractured melt-spun PLCL scaffold from different views: a) outer view, b), c), d) cross-sectional view at scale 200, xi 100 and 50μm and e), f) morphology of fractured fibre at scale 20 and 10μm.23 SEM images at fracture position of bilayer PLCL scaffold at different scales: a) 500μm, and b) 200μm.24 Swelling percentage of cylinder scaffolds produced from melt – spinning and freeze-drying method with different concentration (6 and 9%) and the number of layer (single and double).25 In vitro biodegradation of cylinder PLCL scaffolds displayed in weight loss percentage in PBS solution at different period of time (1, 4, 7, 14, 21, 28 days).26 Cell number of PLCL scaffolds with different concentration (6 and 9%) and number of layer (single and bilayer) exhibited the absorbance at 450nm due to different culture time.27 FTIR spectra of freeze-dried 6% PLCL scaffold after heat treatment at different times and temperatures.28 FTIR spectra of freeze-dried 9% PLCL scaffold after heat treatment at different times and temperatures.29 DSC spectrums of freeze-dried PLCL scaffold after annealing at a different time and temperature with concentrations: a) 6% and b) 9%.30 SEM images from the outer view of 6% PLCL FD scaffolds annealed at different temperatures and times: a) 37°C – 4h; b) 37°C – 24h; c) 60°C – 4h; d) 60°C – 24h; e) 120°C – 4h; f) 120°C – 24h .31 SEM images of annealed FD scaffold at outer view with high magnification.32 Average pore diameter at outer surface of 6 % PLCL FD scaffolds annealed at various temperatures and times .33 SEM images from the inner view of 6% PLCL FD scaffolds annealed at different temperatures and times: a) 37°C – 4h; b) 37°C xii – 24h; c) 60°C – 4h; d) 60°C – 24h; e) 120°C – 4h; f) 120°C – 24h .34 Average pore diameter at inner surface of 6 % PLCL FD scaffolds annealed at various temperatures and times .35 Density of 6% FD scaffolds after annealing at different temperature and time.36 SEM images from the cross-sectional view of 6% PLCL FD scaffolds annealed at different temperature and time: a) 37°C – 4h; b) 37°C – 24h; c) 60°C – 4h; d) 60°C – 24h; e) 120°C – 4h; f) 120°C – 24h .37 Mean pore size of 6% PLCL FD scaffolds annealed in different conditions and in different parts: a) “pine tree-like” region; b) “bamboo tree-like” region .38 SEM images of 9% PLCL scaffolds from the outer view were annealed at different temperature and time: a) 37°C – 4h; b) 37°C – 24h; c) 60°C – 4h; d) 60°C – 24h; e) 120°C – 4h; f) 120°C – 24h .39 Comparison of pore diameter of 9% PLCL scaffold and others annealed in various temperature and time at outer layer.40 SEM images of heat-treated FD scaffold at outer view with high magnifications: a) 1000x; b) 2000x .41 SEM images from the inner view of 9% PLCL scaffolds annealed at different temperature and time: a) 37°C – 4h; b) 37°C – 24h; c) 60°C – 4h; d) 60°C – 24h; e) 120°C – 4h; f) 120°C – 24h .42 SEM images of 9% PLCL scaffolds at cross - sectional view were annealed at different temperature and time: a) 37°C – 4h; b) 37°C – 24h; c) 60°C – 4h; d) 60°C – 24h; e) 120°C – 4h; f) 120°C – 24h .43 SEM images of heat-treated FD scaffold at cross-sectional view with different magnifications: a) 2000x; b) 5000x .44 Mean pore size of 9% PLCL scaffolds were annealed in different condition and at different position: a) “Pine tree-like” region; b) “Bamboo tree-like” region .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng hóa scaffold hình trụ cho kỹ thuật tái tạo mô mạch" của tác giả Trần Thanh Tâm, dưới sự hướng dẫn của các giảng viên tại Universiti Sains Malaysia, tập trung vào việc phát triển và đặc trưng hóa các scaffold từ poly lactic acid và polycaprolactone. Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới trong kỹ thuật tái tạo mô mà còn có tiềm năng ứng dụng cao trong y học, đặc biệt là trong việc cải thiện khả năng tái tạo mô mạch cho các bệnh nhân cần điều trị.

Để hiểu thêm về các nghiên cứu liên quan đến y học và dược học, bạn có thể tham khảo bài viết về Nghiên cứu phương pháp định lượng andrographolide trong dược liệu xuyên tâm liên bằng HPTLC, nơi nghiên cứu phương pháp định lượng một hợp chất tự nhiên trong dược liệu, hoặc bài viết Khảo sát nhu cầu tư vấn sử dụng thuốc của bệnh nhân điều trị ngoại trú tại Bệnh viện Đại học Y Hà Nội năm 2023, cung cấp cái nhìn sâu sắc về nhu cầu sử dụng thuốc trong điều trị. Cuối cùng, bạn cũng có thể khám phá bài viết Kháng Sinh Dự Phòng Trong Mổ Lấy Thai Tại Bệnh Viện Hùng Vương, nghiên cứu về việc sử dụng kháng sinh trong phẫu thuật, một lĩnh vực liên quan mật thiết đến kỹ thuật tái tạo mô và chăm sóc sức khỏe. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và hiểu biết về các ứng dụng trong y học hiện đại.