Μελέτη δομικών χαρακτηριστικών και βιοσυμβατότητας ενδαγγειακών προσθέσεων

Abstract

In this thesis, the contribution of nanotechnology in medicine via the production and the study of the surface properties and biocompatibility of nanocoatings for vascular stents are presented. Nanomedicine which is a new field of medicine, aims to deal with the early diagnosis, therapy of human diseases and improvement of human health, by means of the implementation of nanoscale techniques for the better understanding of human organism. Until today, the AFM has never been implemented for the real time study of platelets interactions with biomaterials to evaluate their morphological differentiation as an index of their activation and biomaterial thrombogenicity. This study has an increased value in the case of stent nanocoatings for the correlation of their structural characteristics such as nanotopography, roughness and stoichiometry with their thrombogenicity. The goal of this study is to evaluate in vitro, the haemocompatibility and the relative thrombogenic potential of carbon and titanium nitride nanocoatings for biomedical implants, such as stents, by probing with Atomic Force Microscopy (AFM), the platelets’ adhesion onto them and the degree of their activation. These coatings possess good chemical, mechanical properties and thus they can be used for biomedical applications. Different types of amorphous hydrogenated carbon thin films (a-C:H) were developed by magnetron sputtering with the appliance of substrate bias voltage (biased ones) or without it (floating) and different content of plasma hydrogen (5% and 20%). Platelets from healthy donors were deposited onto the nanocoatings and their activation after one and two hours AFM observations were studied. Similarly, titanium nitride (TiNx) nanocoatings were grown by magnetron sputtering with or without ion bombardment (biased and floating ones, respectively). The stoichiometry of titanium nitride nanocoatings was measured by the combination of Spectroscopic Ellipsometry and X-Ray Diffraction techniques and it was correlated with their thrombogenicity. Τhe Electrostatic Force Microscope (ΕFM) was implemented for the first time, the spatial distribution of electric forces during platelets´ adhesion onto the nanolayers and its correlation with thrombogenicity was assessed.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η συμβολή της Νανοτεχνολογίας στην Ιατρική με την παραγωγή και μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων και της αιμοσυμβατότητας νανοεπικαλύψεων για stents με τη χρήση νανοτεχνικών. H Νανοϊατρική που προκύπτει από τις εφαρμογές της Νανοτεχνολογίας στην Ιατρική, έχει ως σκοπό την έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία των ασθενειών και τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας, με τη χρήση μοριακών εργαλείων καθώς και τη γνώση του ανθρώπινου οργανισμού σε μοριακό επίπεδο. Μέχρι σήμερα δεν έχει χρησιμοποιηθεί το Ατομικό Μικροσκόπιο για τη μελέτη της αντίδρασης των αιμοπεταλίων στα βιοϋλικά για εκτίμηση της μορφολογικής τους διαφοροποίησης, ως δείκτη κυτταρικής ενεργοποίησης και εξαγωγή συμπερασμάτων για τη θρομβογονικότητά τους. Η ιδιαίτερη αξία της μελέτης αυτής που αφορά τις νανοεπικαλύψεις των stents έγκειται στη συσχέτιση των δομικών χαρακτηριστικών επιφανείας τους, όπως της νανοτραχύτητας και της στοιχειομετρίας τους, με τη θρομβογονικότητά τους. Ειδικότερα, έγινε η ανάπτυξη μίας μεθοδολογίας για τη μελέτη της αιμοσυμβατότητας λεπτών υμενίων από άμορφο υδρογονωμένο άνθρακα και από νιτρίδια του τιτανίου με την παρατήρηση με το AFM, της πρόσφυσης των αιμοπεταλίων και του βαθμού ενεργοποίησής τους. Αυτά τα υμένια έχουν καλές μηχανικές και χημικές ιδιότητες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νανοεπικαλύψεις για βιοϊατρικές εφαρμογές. Μελετήθηκαν υμένια a-C:H με εφαρμογή δυναμικού (Βiased) και μη- εφαρμογή δυναμικού (Floating) κατά την εναπόθεσή τους με την τεχνική ‘magnetron sputtering’ και με διαφορετική περιεκτικότητα του πλάσματος σε Η₂ (5% και 20%Η₂) μετά την πάροδο μίας και δύο ωρών τοποθέτησης πάνω σε αυτά ανθρώπινου πλάσματος πλούσιου σε αιμοπετάλια. Ανάλογα, μελετήθηκαν υμένια TiNx που παρασκευάσθηκαν με την ‘magnetron sputtering’ τεχνική με εφαρμογή διαφορετικού δυναμικού (Βiased) και χωρίς εφαρμογή δυναμικού (Floating). Οι διαφορετικές συνθήκες εναπόθεσης οδήγησαν σε διαφορετική στοιχειομετρία, όπως υπολογίσθηκε με τεχνικές ακτίνων Χ και φασματοσκοπικής ελλειψομετρίας. Ακόμη, έγινε μέτρηση με το Μικροσκόπιο Ηλεκτροστατικών Δυνάμεων του ηλεκτρικού φορτίου των αιμοπεταλίων και των υπό μελέτη υλικών, ενώ παράλληλα έγινε συσχέτιση της παραμέτρου αυτής καθώς και της υδροφιλικότητας με την αιμοπεταλιακή αντίδραση.