Tkáňové inženýrství je interdisciplinární obor, který aplikuje principy inženýrství a biologických věd na vývoj biologických náhražek, které obnovují, udržují nebo zlepšují funkci tkáně či celého orgánu. Tato specializace se vyvinula z oblasti vývoje biomateriálů a týká se kombinování tkáňových nosičů, buněk a biologicky aktivních molekul do funkčních tkání. Polymerní scaffoldy mají mnoho různých funkcí v oblasti tkáňového inženýrství. Používají se jako trojrozměrné struktury představující podněty pro organizaci buněk a směrování tvorby požadované tkáně. Scaffoldy jsou navrženy tak, aby ovlivňovaly fyzikální, chemické a biologické prostředí obklopující buněčnou populaci. Bez ohledu na typ tkáně je při navrhování nebo určování vhodnosti scaffoldu pro použití v tkáňovém inženýrství důležitá řada klíčových vlastností: biokompatibilita, biodegradabilita, mechanické a chemické vlastnosti a také samotná struktura scaffoldu. V této diplomové práci se zaměřujeme na práci s vodivými polymery a návrh vodivých polymerních biomateriálů ve formě kryogelů a jejich následné testování pomocí tkáňových kultur a charakterizaci za účasti materiálových technik. Kryogely jsou lákavým typem scaffoldů, díky své strukturní podobnosti s extracelulární matrix mnoha tkání, mohou být často zpracovány za relativně mírných podmínek a nejsou dodávány invazivním způsobem. Proto jsou kryogely použity jako technické tkáňové náhrady a v řadě dalších aplikací.
Annotation in English
Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and life sciences toward the development of biological substitutes that restore, maintain, or improve tissue function or a whole organ. This specialization evolved from the field of biomaterials development and refers to combining scaffolds, cells, and biologically active molecules into functional tissues. Polymer scaffolds have many different functions in the field of tissue engineering. They are applied as three-dimensional structures that organize cells and present stimuli to direct the formation of a desired tissue. Tissue engineering scaffolds are designed to affect the physical, chemical and biological environment surrounding the cell population. Regardless of the tissue type, a number of key considerations are important when designing or determining the suitability of a scaffold for use in tissue engineering: biocompatibility, biogedradability, mechanical and chemical properties and also scaffold architecture. In this diploma thesis we focus on work with conductive polymers and design of conductive polymeric biomaterials in the form of cryogels and their subsequent testing, characterization using tissue cultures and material techniques. Cryogels are an appealing scaffold material because they are structurally similar to the extracellular matrix of many tissues, can often be processed under relatively mild conditions, and may be delivered in a minimally invasive manner. Consequently, cryogels have been utilized as scaffold materials for engineering tissue replacements, and a variety of other applications.
Tkáňové inženýrství je interdisciplinární obor, který aplikuje principy inženýrství a biologických věd na vývoj biologických náhražek, které obnovují, udržují nebo zlepšují funkci tkáně či celého orgánu. Tato specializace se vyvinula z oblasti vývoje biomateriálů a týká se kombinování tkáňových nosičů, buněk a biologicky aktivních molekul do funkčních tkání. Polymerní scaffoldy mají mnoho různých funkcí v oblasti tkáňového inženýrství. Používají se jako trojrozměrné struktury představující podněty pro organizaci buněk a směrování tvorby požadované tkáně. Scaffoldy jsou navrženy tak, aby ovlivňovaly fyzikální, chemické a biologické prostředí obklopující buněčnou populaci. Bez ohledu na typ tkáně je při navrhování nebo určování vhodnosti scaffoldu pro použití v tkáňovém inženýrství důležitá řada klíčových vlastností: biokompatibilita, biodegradabilita, mechanické a chemické vlastnosti a také samotná struktura scaffoldu. V této diplomové práci se zaměřujeme na práci s vodivými polymery a návrh vodivých polymerních biomateriálů ve formě kryogelů a jejich následné testování pomocí tkáňových kultur a charakterizaci za účasti materiálových technik. Kryogely jsou lákavým typem scaffoldů, díky své strukturní podobnosti s extracelulární matrix mnoha tkání, mohou být často zpracovány za relativně mírných podmínek a nejsou dodávány invazivním způsobem. Proto jsou kryogely použity jako technické tkáňové náhrady a v řadě dalších aplikací.
Annotation in English
Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and life sciences toward the development of biological substitutes that restore, maintain, or improve tissue function or a whole organ. This specialization evolved from the field of biomaterials development and refers to combining scaffolds, cells, and biologically active molecules into functional tissues. Polymer scaffolds have many different functions in the field of tissue engineering. They are applied as three-dimensional structures that organize cells and present stimuli to direct the formation of a desired tissue. Tissue engineering scaffolds are designed to affect the physical, chemical and biological environment surrounding the cell population. Regardless of the tissue type, a number of key considerations are important when designing or determining the suitability of a scaffold for use in tissue engineering: biocompatibility, biogedradability, mechanical and chemical properties and also scaffold architecture. In this diploma thesis we focus on work with conductive polymers and design of conductive polymeric biomaterials in the form of cryogels and their subsequent testing, characterization using tissue cultures and material techniques. Cryogels are an appealing scaffold material because they are structurally similar to the extracellular matrix of many tissues, can often be processed under relatively mild conditions, and may be delivered in a minimally invasive manner. Consequently, cryogels have been utilized as scaffold materials for engineering tissue replacements, and a variety of other applications.
I. Teoretická část
Tkáňové inženýrství je multidisciplinární obor, kterého cílem je obnova, či zlepšení vlastností tkání. Toho bývá docíleného pomocí vytvoření táňového nosiče, tzv. scaffoldu.
Věnujte se problematice tkáňového inženýrství a popisu vhodných vlastností scaffoldů.
II. Praktická část
Připravte scaffoldy ve formě cryogelů na bázi polymerů. Charakterizujte je jak pomocí materiálovych technik, tak z hlediska jejich biologických vlastností.
Research Plan
I. Teoretická část
Tkáňové inženýrství je multidisciplinární obor, kterého cílem je obnova, či zlepšení vlastností tkání. Toho bývá docíleného pomocí vytvoření táňového nosiče, tzv. scaffoldu.
Věnujte se problematice tkáňového inženýrství a popisu vhodných vlastností scaffoldů.
II. Praktická část
Připravte scaffoldy ve formě cryogelů na bázi polymerů. Charakterizujte je jak pomocí materiálovych technik, tak z hlediska jejich biologických vlastností.
Recommended resources
[1] MIGLIARESI, C., MOTTA, A. (Eds.). (2014). Scaffolds for tissue engineering: Biological design, materials, and fabrication. CRC Press.
[2] IKADA, Y. (2011). Tissue engineering: fundamentals and applications. Elsevier.
[3] KHANG, G. (Ed.). (2017). Handbook of intelligent scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. CRC Press.
[4] FRESHNEY, R. I. (2015). Culture of animal cells: a manual of basic technique and specialized applications. John Wiley & Sons.
Recommended resources
[1] MIGLIARESI, C., MOTTA, A. (Eds.). (2014). Scaffolds for tissue engineering: Biological design, materials, and fabrication. CRC Press.
[2] IKADA, Y. (2011). Tissue engineering: fundamentals and applications. Elsevier.
[3] KHANG, G. (Ed.). (2017). Handbook of intelligent scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. CRC Press.
[4] FRESHNEY, R. I. (2015). Culture of animal cells: a manual of basic technique and specialized applications. John Wiley & Sons.
