Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/20.500.14279/26679
Title: Drug release kinetics of poly(glycerol sebacate urethane) scaffolds for soft tissue engineering
Authors: Louca, Irene 
Keywords: Glycerol sebacate urethane;Poly;(PGSU) scaffolds
Advisor: Anayiotos, Andreas
Constantinides, Georgios
Kapnisis, Konstantinos
Issue Date: May-2022
Department: Department of Mechanical Engineering and Materials Science and Engineering
Faculty: Faculty of Engineering and Technology
Abstract: In this study, three different poly(glycerol sebacate urethane), (PGSU) scaffolds were fabricated with an anisotropic microstructure and characterized their drug release kinetics (DRK). PGSU scaffolds with different ratios of hexamethyl diisocyanate (HDI) and polymer poly(glycerol sebacate urethane), pre-(PGS) concentration, were fabricated and investigated for their aforementioned physical properties. PGSU was synthesized with pre-PGS at concentrations 10% and 15% w/v% and HDI was added at molar concentrations (glycerol:HDI) 1:0.8 and 1:1.0. Freeze-drying with custom made moulds and ice templating, were used to form an anisotropic PGSU scaffold. The nomenclature of the samples is PGSU X-Y% where X refers to HDI ratio (0.8 or 1.0) and Y to polymer concentration (w/v%) (10% or 15%). The aim of this study was to study the DRK therefore the PGSU scaffolds were characterized for their microstructure, hydrophilicity (water contact angle and swelling rate), their drug loading efficiency, degradation rate and finally the DRK. PGSU scaffolds were characterized for their microstructure SEM and were found to exhibit an anisotropic open pore microstructure. The hydrophilicity was tested using contact angle and swelling ratio and were found to exhibit a fairly hydrophilic surface with a linear swelling rate. DRK were studied by loading BSA in scaffolds, using an in-house derived dynamic loading method which used vacuum/ventilation cycles. It resulted to a 75% drug loading efficiency, which is considered very good especially for non-hydrophilic materials. Then bovine serum albumin (BSA) was released by soaking the scaffold in phosphate buffer solution (PBS) solution on a rocker at 100 rpm for 28 days. The samples collected at different time points were analyzed using bicinchoninic acid (BCA), to determine the amount of protein released over time. A linear release rate was found and almost all samples withheld and released the protein over a period of at least 19 days. Finally, the degradation rate was studied by soaking the PGSU scaffolds in lipase enzyme and enzyme free PBS solution for 42 days in a shaker incubator, at 37oC and 100 rpm. The mass of the scaffolds was taken at multiple time points and compared with the initial mass to derive the degradation rate, the degradation rate was considered to be too slow. These results demonstrate that the glycerol:HDI molar ratio and polymer concentration affect the properties of the scaffold, the DRK technique developed by our group was successful and the fabricated PGSU scaffolds can be used in soft TE.
Description: Σ’ αυτή τη μελέτη έγινε σύνθεση τριών ικριωμάτων poly(glycerol sebacate urethane) PGSU με ανισοτροπική πορώδη μικροδομή και χαρακτηρίστηκαν για τον ρυθμό της απορρόφησης της πρωτείνης, της κινητικής απελευθέρωσης της πρωτείνης, για την υδροφιλία τους και τον ρυθμό βιοδιάσπασης του ικριώματος. Τα ικριώματα PGSU που παρασκευάστηκαν είχαν διαφορετικές αναλογίες της συγκεντρώσης του γλυκερόλη:HDI με pre-PGS. Το pre-PGS είχε χρησιμοποιηθεί σε συγκεντρώσεις 10%w/v, 15%w/v και η γλυκερόλη:HDI σε αναλογία 1:0.8 και 1:1.0. Η μέθοδος σύνθεσης ήταν η λυοφιλίωση, σε ειδικά δοχεία σε συνδυασμό με τη μέθοδο παγώματος, δημιουργώντας πάγωμα του ικριώματος από κάτω προς τα πάνω, δημιουργώντας την ανισοτροπική δομή του ικριώματος. Τα ικριώματα χαρακτηρίστηκαν για την μικροδομή τους με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, το οποίο έδειξε να έχουν πορώδη ανισοτροπική δομή. Η υδροφιλία τους χαρακτηρίστηκε με μέτρηση της γωνίας επαφής και του λόγου διόγκωσης, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ικριώματα έχουν σχετικά υδρόφιλη επιφάνεια, με ευθύγραμμη αύξηση του ρυθμού διόγκωσης ως προς το χρόνο. Ο ρυθμός κινητικής απελευθέρωσης (DRK) της πρωτείνης αλβουμίνης (BSA), μελετήθηκε με μία δυναμική μέθοδο η οποία σχεδιάστηκε από την ομάδα μας, στην οποία χρησιμοποιήσαμε επαναλαμβανόμενους κύκλους, αφαιρώντας αέρα και προσθέτοντας αέρα (vacuum/ventilation cycles) στο ικρίωμα με σκοπό να απορροφηθεί η πρωτείνη. Η μέθοδος αυτή είχε 75% απορρόφηση πρωτείνης, το αποτέλεσμα θεωρήθηκε ικανοποιητικό ειδικά για υλικά που έχουν πιο υδρόφοβες επιφάνειες. Στη συνέχεια η πρωτείνη αλβουμίνη (BSA), απελευθερώθηκε βυθίζοντας τα ικριώματα σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών (PBS) για 28 μέρες. Η πρωτείνη που απελευθερώθηκε μελετήθηκε με τη μέθοδο του δικινχονικού οξέος (BCA). Ο ρυθμός απελευθέρωσης της πρωτείνης ήταν ευθύγραμμος και όλα τα δείγματα απελευθέρωσαν πρωτείνη σε διάστημα 19 μερών. Στο τέλος μελετήθηκε ο ρυθμός βιοδιάσπασης του υλικού, βυθίζοντας τα ικριώματα σε διάλυμα ενζύμου λιπάσης και σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών για 42 μέρες στους Σ’ αυτή τη μελέτη έγινε σύνθεση τριών ικριωμάτων poly(glycerol sebacate urethane) PGSU με ανισοτροπική πορώδη μικροδομή και χαρακτηρίστηκαν για τον ρυθμό της απορρόφησης της πρωτείνης, της κινητικής απελευθέρωσης της πρωτείνης, για την υδροφιλία τους και τον ρυθμό βιοδιάσπασης του ικριώματος. Τα ικριώματα PGSU που παρασκευάστηκαν είχαν διαφορετικές αναλογίες της συγκεντρώσης του γλυκερόλη:HDI με pre-PGS. Το pre-PGS είχε χρησιμοποιηθεί σε συγκεντρώσεις 10%w/v, 15%w/v και η γλυκερόλη:HDI σε αναλογία 1:0.8 και 1:1.0. Η μέθοδος σύνθεσης ήταν η λυοφιλίωση, σε ειδικά δοχεία σε συνδυασμό με τη μέθοδο παγώματος, δημιουργώντας πάγωμα του ικριώματος από κάτω προς τα πάνω, δημιουργώντας την ανισοτροπική δομή του ικριώματος. Τα ικριώματα χαρακτηρίστηκαν για την μικροδομή τους με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, το οποίο έδειξε να έχουν πορώδη ανισοτροπική δομή. Η υδροφιλία τους χαρακτηρίστηκε με μέτρηση της γωνίας επαφής και του λόγου διόγκωσης, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ικριώματα έχουν σχετικά υδρόφιλη επιφάνεια, με ευθύγραμμη αύξηση του ρυθμού διόγκωσης ως προς το χρόνο. Ο ρυθμός κινητικής απελευθέρωσης (DRK) της πρωτείνης αλβουμίνης (BSA), μελετήθηκε με μία δυναμική μέθοδο η οποία σχεδιάστηκε από την ομάδα μας, στην οποία χρησιμοποιήσαμε επαναλαμβανόμενους κύκλους, αφαιρώντας αέρα και προσθέτοντας αέρα (vacuum/ventilation cycles) στο ικρίωμα με σκοπό να απορροφηθεί η πρωτείνη. Η μέθοδος αυτή είχε 75% απορρόφηση πρωτείνης, το αποτέλεσμα θεωρήθηκε ικανοποιητικό ειδικά για υλικά που έχουν πιο υδρόφοβες επιφάνειες. Στη συνέχεια η πρωτείνη αλβουμίνη (BSA), απελευθερώθηκε βυθίζοντας τα ικριώματα σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών (PBS) για 28 μέρες. Η πρωτείνη που απελευθερώθηκε μελετήθηκε με τη μέθοδο του δικινχονικού οξέος (BCA). Ο ρυθμός απελευθέρωσης της πρωτείνης ήταν ευθύγραμμος και όλα τα δείγματα απελευθέρωσαν πρωτείνη σε διάστημα 19 μερών. Στο τέλος μελετήθηκε ο ρυθμός βιοδιάσπασης του υλικού, βυθίζοντας τα ικριώματα σε διάλυμα ενζύμου λιπάσης και σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών για 42 μέρες στους Σ’ αυτή τη μελέτη έγινε σύνθεση τριών ικριωμάτων poly(glycerol sebacate urethane) PGSU με ανισοτροπική πορώδη μικροδομή και χαρακτηρίστηκαν για τον ρυθμό της απορρόφησης της πρωτείνης, της κινητικής απελευθέρωσης της πρωτείνης, για την υδροφιλία τους και τον ρυθμό βιοδιάσπασης του ικριώματος. Τα ικριώματα PGSU που παρασκευάστηκαν είχαν διαφορετικές αναλογίες της συγκεντρώσης του γλυκερόλη:HDI με pre-PGS. Το pre-PGS είχε χρησιμοποιηθεί σε συγκεντρώσεις 10%w/v, 15%w/v και η γλυκερόλη:HDI σε αναλογία 1:0.8 και 1:1.0. Η μέθοδος σύνθεσης ήταν η λυοφιλίωση, σε ειδικά δοχεία σε συνδυασμό με τη μέθοδο παγώματος, δημιουργώντας πάγωμα του ικριώματος από κάτω προς τα πάνω, δημιουργώντας την ανισοτροπική δομή του ικριώματος. Τα ικριώματα χαρακτηρίστηκαν για την μικροδομή τους με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, το οποίο έδειξε να έχουν πορώδη ανισοτροπική δομή. Η υδροφιλία τους χαρακτηρίστηκε με μέτρηση της γωνίας επαφής και του λόγου διόγκωσης, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ικριώματα έχουν σχετικά υδρόφιλη επιφάνεια, με ευθύγραμμη αύξηση του ρυθμού διόγκωσης ως προς το χρόνο. Ο ρυθμός κινητικής απελευθέρωσης (DRK) της πρωτείνης αλβουμίνης (BSA), μελετήθηκε με μία δυναμική μέθοδο η οποία σχεδιάστηκε από την ομάδα μας, στην οποία χρησιμοποιήσαμε επαναλαμβανόμενους κύκλους, αφαιρώντας αέρα και προσθέτοντας αέρα (vacuum/ventilation cycles) στο ικρίωμα με σκοπό να απορροφηθεί η πρωτείνη. Η μέθοδος αυτή είχε 75% απορρόφηση πρωτείνης, το αποτέλεσμα θεωρήθηκε ικανοποιητικό ειδικά για υλικά που έχουν πιο υδρόφοβες επιφάνειες. Στη συνέχεια η πρωτείνη αλβουμίνη (BSA), απελευθερώθηκε βυθίζοντας τα ικριώματα σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών (PBS) για 28 μέρες. Η πρωτείνη που απελευθερώθηκε μελετήθηκε με τη μέθοδο του δικινχονικού οξέος (BCA). Ο ρυθμός απελευθέρωσης της πρωτείνης ήταν ευθύγραμμος και όλα τα δείγματα απελευθέρωσαν πρωτείνη σε διάστημα 19 μερών. Στο τέλος μελετήθηκε ο ρυθμός βιοδιάσπασης του υλικού, βυθίζοντας τα ικριώματα σε διάλυμα ενζύμου λιπάσης και σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών για 42 μέρες στους 37oC και με συνεχή ανάδευση στις 100 rpm. Μετρήθηκε η μάζα των ικριωμάτων σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και συγκρίνοντας την με την αρχική μάζα του ικριώματος υπολογίστηκε ο ρυθμός βιοδιάσπασης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ρυθμός βιοδιάσπασης του υλικού είναι πολύ αργός. Από τα αποτελέσματα συμπεραίνουμε ότι η αναλογία της γλυκερόλη:HDI με την συγκέντρωση του pre-PGS έχει πολύ σημαντικό ρόλο στις ιδιότητες του ικριώματος, στη μικροδομή, υδροφιλία, στον ρυθμό απορρόφησης κι απελευθέρωσης της πρωτείνης και στο ρυθμό βιοδιάσπασης του υλικού. Επίσης η τεχνική για σύνθεση των ικριωμάτων PGSU και η τεχνική για απορρόφηση κι απελευθέρωση της πρωτείνης η οποία σχεδιάστηκε από την ομάδα μας είχαν ικανοποιητικά αποτελέσματα, αποδεικνύοντας ότι το ικρίωμα PGSU είναι κατάλληλο για επούλωση μαλακών ιστών.
URI: https://hdl.handle.net/20.500.14279/26679
Rights: Απαγορεύεται η δημοσίευση ή αναπαραγωγή, ηλεκτρονική ή άλλη χωρίς τη γραπτή συγκατάθεση του δημιουργού και κάτοχου των πνευματικών δικαιωμάτων.
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Type: MSc Thesis
Affiliation: Cyprus University of Technology 
Appears in Collections:Μεταπτυχιακές Εργασίες/ Master's thesis

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Master thesis Irene Abstract.pdfAbstract330.67 kBAdobe PDFView/Open
CORE Recommender
Show full item record

Page view(s) 20

117
Last Week
2
Last month
1
checked on Nov 21, 2024

Download(s) 20

76
checked on Nov 21, 2024

Google ScholarTM

Check


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons