Please use this identifier to cite or link to this item: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/13146
Title: Mimicked Hydrogels for Bone Tissue Engineering in Orthopedic Applications
Other Titles: โครงร่างเลียนแบบธรรมชาติประเภทไฮโดรเจลสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกเพื่อการประยุกต์ใช้งานทางด้านโรคกระดูกและข้อ
Authors: Jirut Meesane
Atsadaporn Thangprasert
Faculty of Medicine (Institute of Biomedical Engineering)
คณะแพทยศาสตร์ สถาบันวิศวกรรมชีวการแพทย์
Keywords: Tissue engineering;Bones Diseases Treatment
Issue Date: 2019
Publisher: Prince of Songkla University
Abstract: In this study, mimicked hydrogels are designed and fabricated for bone tissue engineering in orthopedic applications. Hydrogels in this research are used for 1) the model for diseases evaluation 2) biomaterial for surgery in bone tissue regeneration and 3) biomaterial for morphological formation of tissue. The first study is to fabricate hydrogels as model for evaluation of heterotopic ossification. Gelatin/chitosan/CCP was selected for hydrogel fabrication with the mimicking. The results showed that the mimicked gelatin/chitosan/CCP hydrogels had the suitable structure, physical and biological functionality for a model to evaluate heterotopic ossification. The second part is to fabricate and apply hydrogels for surgery to regenerate tissue at subchondral bone interface. Gelatin/PVA was fabricated into hydrogel based on the mimicking. The mimicked gelatin/PVA hydrogel demonstrated the good biological performance; cell adhesion and proliferation, the biomarkers referred to bone regeneration. This showed that the mimicked gelatin/PVA hydrogel for surgery to regenerate tissue at the subchondral bone interface. The third part is to synthesize the grafted hyaluronic acid (HA)-poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM-COOH) thermo-responsive polymer via polymerization. This copolymer was created based on mimicked extracellular matrix (ECM) component of HA which had the thermo-responsive function of PNIPAM. The two dimensional (2D) hydrogel of HA-PNIPAM was used as substrate of the basement membrane ECM for morphological formation of cell sheet. The results demonstrate that cells well adhered, proliferated, and regulated into sheet on the substrate. This cell sheet is promising to tissue regeneration at the subchondrol bone. Furthermore, the cell sheet on substrate was detached and self-organized into the rolled form. This is the trigger idea as the model to engineer the complicate morphology of tissue for the future works. This research demonstrated that the mimicked hydrogel had the potential for orthopedic applications.
Abstract(Thai): งานวิจัยนี้ได้ทําการออกแบบและสร้างโครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อเลียนแบบ ธรรมชาติประเภทไฮโดรเจล โดยไฮโดรเจลที่สร้างขึ้นนี้จะอาศัยการเลียนแบบโครงร่างภายนอก เซลล์ให้มีความใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อธรรมชาติ เพื่อนําไปประยุกต์ใช้ในงานด้านกระดูกและข้อ ซึ่ง โครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อในงานวิจัยชิ้นนี้ถูกสร้างขึ้น เพื่อทําหน้าที่ในการใช้งานสําหรับเป็น 1) วัสดุชีวภาพสําหรับต้นแบบในการประเมินโรค 2) วัสดุชีวภาพเพื่อใช้ในกระบวนการสร้างเนื้อเยื่อ ใหม่สําหรับผ่าตัด และ 3) วัสดุชีวภาพเพื่อใช้ในการสร้างเป็นสัณฐานวิทยาของเนื้อเยื่อ โดยงานวิจัย แรกจะเป็นการสร้างโครงร่างวิศวกรรมแบบสามมิติที่เลียนแบบสภาวะการเกิดโรค Heterotopic Ossification (HO) โดยสร้างจากเจลาติน, ไคโตซานและแคลเซียมฟอสเฟส ผลการทดลองแสดงให้ เห็นว่า ไฮโดรเจลที่สร้างขึ้นจากส่วนประกอบของเจลาติน ไคโตซาน และแคลเซียมฟอสเฟตที่ใส่ ในปริมาณต่างกันนี้ มีสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางชีวภาพที่ สามารถนําไปใช้เป็นแบบจําลอง สําหรับการวิเคราะห์โรค HO ได้ โครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อชนิดที่สองถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้งานด้าน กระบวนการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ สําหรับงานทางด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อบริเวณส่วนผิวหน้าที่อยู่ ระหว่างกระดูกอ่อนและกระดูกแข็งบริเวณข้อเข่า ไฮโดรเจลนี้ถูกสร้างขึ้นจากส่วนผสมของเจ ลาตินและพีวีเอ โดยวิธีการเลียนแบบธรรมชาติ ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า ไฮโดรเจลชนิดนี้มี สามารถทําให้เซลล์เกาะและเจริญเติบโตได้ นอกจากนี้เซลล์ที่เลี้ยงบนไฮโดรเจลชนิดนี้ยังสามารถ หลั่งสารที่เป็นตัวบ่งชี้ของการสร้างกระดูกได้อีกด้วย ซึ่งเหมาะสมสําหรับการนําไปประยุกต์ใช้ สําหรับเนื้อเยื่อกระดูกชั้นใต้ผิวกระดูกอ่อน และโครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อชิ้นสุดท้ายนั้น เป็นการ สังเคราะห์พอลิเมอร์ประเภทไฮโดรเจลที่มีส่วนผสมของ PNIPAM ที่ตอบสนองกับอุณหภูมิและมี กรดไฮยาลูรอนิคที่เป็นองค์ประกอบของโครงสร้างภายนอกเซลล์ โดยพอลิเมอร์ ไฮโดรเจลนี้จะทํา หน้าที่เป็นโครงร่างสองมิติ (Two dimensional (2D) Scaffolds) สําหรับสร้างแผ่นเนื้อเยื่อ ผลการ ทดลองพบว่า โครงร่างชนิดนี้จะถูกนํามาใช้ในการสร้างเป็นเยื่อบางๆเพื่อให้เซลล์เกาะ ผลการทดลองพบว่าเซลล์สามารถเกาะได้ดีบนพอลิเมอร์ ไฮโดรเจลที่สังเคราะห์ขึ้นและสามารถตอบสนอง กับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงได้ แผ่นเนื้อเยื่อนี้สามารถนําไปใช้ในส่วนของกระดูกชั้นใต้ผิวกระดูก อ่อน และสามารถนําไปพัฒนาเพื่อสร้างเป็นสัณฐานวิทยาของเนื้อเยื่อที่มีความซับซ้อนในอนาคต จากผลการทดลองทั้งหมดแสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจลที่สร้างขึ้นด้วยหลักการเลียนแบบธรรมชาติใน งานวิจัยชิ้นนี้สามารถนําไปประยุกต์ใช้งานในโรคที่เกี่ยวข้องกับกระดูกและข้อได้
Description: Thesis (Ph.D., Biomedical Engineering)--Prince of Songkla University, 2019
URI: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/13146
Appears in Collections:371 Thesis

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
438070.pdf3.67 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons