Modulation of proliferation and differentiation characteristics of cells for bone and cartilage regeneration.

Abstract

Musculoskeletal tissues, bone and cartilage are under extensive investigation in tissue engineering research. A number of biodegradable and bioresorbable materials, as well as scaffold designs, have been experimentally studied. Bone and cartilage regeneration by autogenous cell transplantation is one of the most promising techniques in orthopaedic surgery and biomedical engineering. This thesis focuses mainly on the development of scaffolds suitable to support cell adhesion, proliferation and differentiation. In the first part, we have developed scaffold from PCL with magnetic particles, which has shown excellent properties favourable for mesenchymal stem cell culture, acceleration of proliferation and osteoinduction. Another scaffold has been fabricated by gluing PCL nanofibrous layer and 3D printed layer. Nanofibrous part of the scaffold has been used to support cell adhesion and proliferation, while 3D printed part positively influences mechanical properties and the ability of cells to penetrate through the scaffold layer. Such scaffold seems to match well for skeletal tissue engineering due to its excellent ability to support cell viability, proliferation and penetration into the deeper layers. Mesenchymal stem cells (MSCs) are considered the most promising cells for tissue engineering...

Kost a chrupavka patří mezi pojivové tkáně opěrné soustavy, které jsou v současnosti v oblasti tkáňového inženýrství intenzivně zkoumány. Bylo vyvinuto a testováno nesčetné množství biodegradabilních a bioresorbovatelných materiálů i typů scaffoldů. Jednou z nejslibnějších metod ortopedie a biomedicínského inženýrství je regenerace kosti a chrupavky pomocí transplantace autologních buněk. Tato práce se zaměřuje zejména na vývoj nových scaffoldů pro podporu buněčné adheze, proliferace a diferenciace. V první části je popsán nanovlákenný scaffold z PCL s magnetickými částicemi, který podporoval proliferaci MSCs a vykazoval také osteoindukční vlastnosti. Jiný typ scaffoldu byl připraven kombinací nanovlákenné vrstvy z PCL vytvořené metodou elektrospinningu a mikrovláken z 3D tisku. Nanovlákenná část kompozitního scaffoldu plní roli podpory buněčné adheze a proliferace, zatímco vrstva připravená 3D tiskem pozitivně ovlivňuje mechanické vlastnosti a schopnost buněk penetrovat skrz vrstvu. Takovýto typ scaffoldu vykazoval výbornou schopnost podporovat buněčnou viabilitu, proliferaci a penetraci do hlubších vrstev, proto se jeví jako vhodný pro použití v tkáňovém inženýrství opěrné soustavy. Mezenchymální kmenové buňky (MSCs) jsou považovány za jedny z nejlépe využitelných buněk pro tkáňové inženýrství. V...