Ανάπτυξη και Χαρακτηρισμός Αγώγιμων Βιομιμητικών Ικριωμάτων για Νευρική Αναγέννηση
Creators: name: Παππά, Φωτεινή Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Ιστική Αναγέννηση
Ικριώματα
Νευροεκφυλιστικά Νοσήματα
Tissue Engineering
Scaffolds
Neurodegenerative diseases

description: Στις Δυτικές Χώρες, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμός Υγείας (WHO), τα Νευροεκφυλιστικά Νοσήματα αποτελούν σημαντική αιτία θανάτου και θεωρούνται πως είναι η πανδημία του 21ου αιώνα, με την επικινδυνότητα τους να αυξάνεται σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Οι ελλείψεις των σύγχρονων ιατρικών αναγκών βρίθουν από τέτοια προβλήματα και η θεραπεία τέτοιων ασθενειών εξακολουθεί να παραμένει ένα άλυτο πρόβλημα, λόγω της πολυπλοκότητας της δομής του εγκεφάλου, της περιορισμένης πρόσβασης των μορίων που μπορούν να διασχίσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (ΒΒΒ) και της εξαιρετικά δύσκολης διαδικασίας που περιλαμβάνει την αντικατάσταση και ανάπλαση ιστών από ένα κατεστραμμένο νευρικό σύστημα.Η Νανοϊατρική έρχεται να φέρει νέες προσεγγίσεις για την πρόληψη των Νευροεκφυλιστικών κλινικών αναγκών. Βιοαποικοδομήσιμα νανοϋλικά με διαστάσεις 1-100 nm, παρέχουν πληθώρα βιοϊατρικών εργαλείων και δυνατοτήτων, που φαίνεται να είναι ικανά να προσφέρουν λύσεις στα χρόνια προβλήματα του νευρικού συστήματος, λόγω των φυσικο-χημικών χαρακτηριστικών τους, της μορφολογίας και δομής τους, παράμετροι που ενισχύουν την ενεργοποίηση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών, καθώς επίσης και προηγμένα πολυμερικά υλικά με καινοτόμες ικανότητες να προσομοιάζουν και να μιμούνται ικανά την Εξωκυττάρια Μήτρα των κυττάρων μέσω εμβιομηχανικών υδρογελών και ικριωμάτων.Στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν πολυμερικά Βιοαποικοδομήσιμα ικριώματα με τη μέθοδο της Ηλεκτροστατικής Ινοποίησης, τροποποιήθηκαν με την προσθήκη αγώγιμου πολυμερούς προς αύξηση της αγωγιμότητας τους και έγινε μελέτη της κυτταροσυμβατότητας τους, με απώτερο στόχο την δημιουργία ενός σύνθετου νανοδομημένου συστήματος ικανό να προάγει την ανάπτυξη νευρικών κυττάρων και τη διαφοροποίηση τους σε νευρώνες προς την άρτια αναγέννηση του νευρικού ιστού.Τα ικριώματα αποτελούν μία πολυμερική συνθετική μήτρα που παρουσιάζει την ικανότητα να μιμείται την Εξωκυττάρια Μήτρα (ExtraCellularMatrix-ECM), προάγοντας έτσι τη δυνατότητα κυτταρικής προσκόλλησης, πολλαπλασιασμού και διαφοροποίησης invitro σχεδόν το ίδιο επιτυχώς, όσο και invivo. Μελέτες αποικοδόμησης των ινών έλαβε χώρα προκειμένου να συσχετιστούν με την δομική μορφολογία του ινώδους πλέγματος. Παράλληλα, έγινε τροποποίηση των βιοαποικοδομήσιμων ικριωμάτωνμε στόχο την αύξηση της αγωγιμότητας της ινώδους δομής. Ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των εν λόγω ικριωμάτων ως προς το μέγεθος των ινών, τη μορφολογία τους, τον βαθμός αποικοδόμησης και διόγκωσης, ενώ τέλος πραγματοποιήθηκε και μελέτη της κυτταροτοξικότητας του πολύ-λειτουργικού νανοδομημένου συστήματος και ο βαθμός κυτταρικής πρόσληψης και ανάπτυξης τους.Τέλος, έγινε εναπόθεση στα βέλτιστα ικριώματα μιας πρότυπης νευρικής κυτταρικής σειράς, της PC12, κύτταρα εμβρυϊκής προέλευσης από τη νευρική ακρολοφία, που αποτελεί ένα μείγμα από νευροβλαστικά και ηωσινόφιλα κύτταρα. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες ελέγχου και χειραγώγησης της προσκόλλησης, πολλαπλασιασμού και διαφοροποίησης των νευρικών κυττάρων παρουσία ενεργών παραγόντων ως προς την διαφοροποίησή τους σε συμπαθητικούς νευρώνες τόσο μορφολογικά, όσο και λειτουργικά επάνω στην επιφάνεια του πολυμερικού ικριώματος. Διεργασίες βιολειτουργικοποίησης της πολυμερικής ινώδους μήτρας έλαβε χώρα με πεπτίδια και λαμινίνες (RGD), προκειμένου να δημιουργηθεί το κατάλληλο βιολειτουργικό μικροπεριβάλλον που θα προάγει με πιο άμεσο τρόπο την κυτταρική προσκόλληση και διαφοροποίηση σε νευρώνες. Συμπεραίνεται πως τα παρασκευασμένα αγώγιμα πολυμερικά ικριώματα αποτελούν ένα μοναδικό βιολειτουργικό μικροπεριβάλλον που μιμείται την Εξωκυττάρια μήτρα, προάγει την κυτταρική προσκόλληση και πολλαπλασιασμό και με κατάλληλη επιφανειακή και βιολειτουργική τροποποίηση των επιφανειών, αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο για την χειραγώγηση νευρικών κυττάρων, μία πολλά υποσχόμενη ιδιότητα που δίνει ώθηση για περαιτέρω εφαρμογές Αναγέννησης Ιστικής Μηχανικής.
description: In Western countries, according to the World Health Organization (WHO), Neurodegenerative Diseases are a major cause of death and considered to be the pandemic of 21st century, with the risk rising significantly in recent years. The shortcomings of current medical needs abound with such problems and treatment of these diseases remains an unsolved problem, due to the complexity of the brain structure, the limited access of molecules that can cross the Blood Brain Barrier and the extremely difficult process comprising the replacement and regeneration of tissue at damaged nervous system.Nanomedicine comes to bear new approaches towards the prevention of neurodegenerative needs in order to address solutions onto frequently observed phenomena of these diseases. Biodegradable nanomaterialswith size around 1-100 nm, provide a wealth of biomedical tools that seem to be able to offer solutions, due to their physico-chemical characteristics, the morphology and structure, crucial parameters that enhance the activation of specific characteristics, as well as, advanced polymer materials with novel capabilities that are able to mimic the Extracellular Matrixvia biomechanical hydrogels and scaffolds.In this current work, we proceed towards the fabrication of biodegradable polymeric scaffolds via Electrospray Deposition Process, and studying their cytocompatibility behavior, in order to successfully develop a nanostructured composite system that is capable of promoting the growth of nerve cells and differentiate them into sympathetic neurons for Nerve Tissue Regeneration.Thesepolymeric scaffolds matrices presents the unique ability to mimic the Extracellular Matrix of cells, thus providing a microenvironment in vitro that can enhance cell’s adhesion, proliferation and differentiation in vivo. These engineered systems, once optimized based on the desired nano fiber-based morphology, were further studied as it concerns their structure and topography. The designation of the fabricated scaffolds was followed, with studies that took place in order to estimate the average fiber diameter, their morphology, topography, as well as the degree of degradation and swelling, and lastly their cytocompatibility behavior and the ability of cellular uptake and growth.At the last part of the thesis,onto the engineered optimized conductive fiber-based scaffolds of PVA: PEDOT: PSS,further took place a proper surface treatment in order to maintain their hydrophilic nature and thus enhance better their biocompatibility. A prototype neural cell line, PC12 derived from pheochromocytoma adrenal medulla of rats, was deposited onto the fabricated non-woven matrices. Studies in order to control and manipulate nerve cell adhesion and differentiation with the presence of active growth factors to neurons,as morphologically and functionally onto the surface of the polymeric scaffold also took place. Lastly, bio functionalization process of the polymeric scaffolds with peptides and laminins was performed, in order to create an appropriate biofunctionalizedmicroenvironment that promotes directly cell adhesion and differentiation into neurons. It is concluded that the conductive polymeric scaffolds appears an unique biocompatible microenvironment that can mimic the extracellular matrix, promoting cell attachment and proliferation and after a proper surface biofunctional modification, constitutes a valuable tool for nerve cells manipulation, thus a promising property that gives impetus to further Tissue Regeneration applications.