Search academic texts

Registration Number

0824U000790, PhD dissertation

Title

Regeneration of the myocardium using new MXene - containing electrically conductive polymer scaffolds obtained by electrospinning

Author

Kateryna Diedkova,

popup.head Maksym V. Pogorielov
popup.head Yurii H. Gogotsi
popup.opponent Oksana Sulaeva
popup.opponent Oleh Mishchenko
popup.opponent Marek Piatkowski
popup.review Mykola Lyndin

Status

Доктор філософії, 222, Медицина

Date

26-02-2024

Description

Серцево-судинні захворювання, в тому числі ішемічна хвороба серця (ІХС), є глобальною проблемою охорони здоров'я. Гостра ішемічна хвороба серця, в тому числі інфаркт міокарду (ІМ) є провідними причинами смерті серед працездатного населення. Однією з найпоширеніших причин інфаркту міокарда є оклюзія кровоносних судин серця, що за умов відсутності вчасного відновлення кровотоку призводить до некрозу кардіоміоцитів та утворення непровідної фіброзної рубцевої тканини. В даному випадку існуючі методи медикаментозного лікування (-адреноблокатори, статини, блокатори кальцієвих каналів, антагоністи P2Y12-рецепторів АДФ прямої дії, антиаритмічні, антикоагулянти та ін.) та хірургічного лікування ( черезшкірне коронарне втручання, аортокоронарне шунтування, трансміокардіальна реваскуляризація, імплантовані кардіовертери-дефібрилятори, серцева ресинхронізаційна терапія та ін.) в першу чергу пропонують симптоматичне полегшення, в той час як серцева тканинна інженерія може запропонувати шляхи регенерації пошкодженого серцевого м’яза. Тривимірні скафолди для тканинної інженерії є ключом до успіху створення тканинних еквівалентів. При цьому, окрім стандартних вимог до скафолдів, як то біосумісність, пористість та швидкість біодеградації, матеріали для регенерації серця мають забезпечувати електропровідність для проведення нервових імпульсів. Серед численних підходів, запропонованих для регенерації серцевого м'яза, використання електропровідних серцевих пластирів є одним з найбільш перспективних. Для створення кардіальних пластирів використовують електропровідні полімери, як органічні, так і синтетичні, насамперед: колаген, хітозан, фібрин, поліпірол, полі (вініловий) спирт, полі (L-лактидгліколід), полі(молочно-ко-гліколева кислота), полі (L-молочна кислота) та інші. Проте швидка деградація органічних полімерів та цитотоксичність вищеперелічених синтетичних полімерів обмежує їх застосування в тканинній інженерії. Найперспективнішим полімером для створення серцевого пластиря є полікапролактон (PCL) завдяки простоті виготовлення, прогнозуючої біодеградації та біосумісності. Для забезпечення електропровідності скафолдів ми пропонуємо використання нових двовимірних наноламінатів – MXene, які здатні забезпечити проведення нервових імпульсів, збільшити гідрофільність мембрани та підвищити її біосумісність. Зважаючи на відсутність даних про можливість використання PCL-MXene пористих композитних матеріалів, дисертація присвячена розробленню технології створення тривимірних електропровідних полімерних скафолдів для регенерації тканин серця, вивченню їх структури, фізико-хімічних властивостей та біосумісності. У дослідженні використовували метод електропрядіння для отримання високопористих та нановолокнистих мембран на основі біосумісного, біодеградаючого, механічно стабільного синтетичного полімеру – полікапролактону. Для забезпечення гідрофільності мембран з метою полегшення імпрегнації MXene ми порівнювали три найпоширеніших метода обробки PCL-мембрани (сірчана кислота, гідроксид натрію та киснева плазма). Всі зазначені методи дозволили значно підвищити гідрофільні властивості мембран, необхідні для іммобілізації двовимірних наноматеріалів, проте кислотна та лужна обробка призвели до збільшення товщини волокон та зменшення пористості мембран, що може негативно вплинути на проліферацію клітин у товщі скафолду. Обробка кисневою плазмою дозволила збільшити пористість за рахунок зменшення кількості волокон нанометрового діаметру. Зменшення контактного кута поверхні PCL мембрани з 130±3° до менше ніж 80° після хімічної обробки та майже до 0° після використання кисневої плазми дозволило використати метод deep coating для іммобілізації Ti3C2Tx MXene. Даний метод забезпечив рівномірний розподіл 2Д наноматеріалів по площі та глибині мембрани, що мало забезпечити відповідну електропровідність. Метод енергодисперсійної спектроскопії дозволив визначити наявність титану в атомній концентрації від 2,42% до 5,79%, що свідчить про наявність MXene на поверхні матеріалу. Додаткова обробка мембрани кисневою плазмою з метою зменшення контактного кута поверхні достовірно не вплинула на вміст титану на поверхні мембрани. Результати дослідження ілюструють, що розроблені електропровідні тривимірні полімерні скафолди мають величезні перспективи в забезпеченні структурного зміцнення пошкодженої електропровідної тканини (серцевої, нервової або м’язевої) та передачі електричних імпульсів, ефективно імітуючи основну електричну провідність.