Ανάπτυξη και διερεύνηση ιδιοτήτων νανοδομών για βιοεφαρμογές

Abstract

The need to repair damaged tissues or treat malignant ones with more efficient methods and with fewer side effects than the clinical approved that ultimately improves patients’ life quality, has led to the development of tissue engineering field. Tissue engineering aims at healing and repairing tissues, in order to reduce postoperative problems faced by patients. Tissue engineering goals are mainly achieved with two approaches. The first approach concerns the use of suitable materials that enhance cell growth on their surface, and eventually, leads to the development of tissue to replace the damaged one. The second approach involves the development of appropriate structures that can deliver drugs to malignant points, in order to achieve targeted therapy of pathogenesis. These approaches ultimately lead to the restoration of tissue physiology and patients’ treatment. This thesis focused on two areas. The first area involved the synthesis and characterization of nanoparticles, which are able to deliver drugs in malignant tissues. Secondly, the study of the nanomechanical properties of various polymeric materials used in medical applications followed. The aim was to study nanostructured and bulk materials that promoted the needs and goals of tissue engineering, in order to develop an experimental protocol that will study the nanomechanical properties of soft matter; and further promote the investigation of tissues mechanical properties. Tissues, depending on the phase they are, (healthy, malignant and after restoration) present diverse mechanical properties, due to microstructure’s organization. The thesis attempts to comprehensively approach these differences, leading to the development of new characterization and diagnosis methods of patients’ pathogenesis.

Η ανάγκη για την επιδιόρθωση βλαβών σε ιστούς ή η καταπολέμηση της παθογένειας με μεθόδους πιο αποτελεσματικές και με μικρότερες παρενέργειες από τις κλινικά αποδεκτές σήμερα, που βελτιώνουν τελικά την ποιότητα ζωής των ασθενών, έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη του τομέα της ιστικής μηχανικής. Η ιστική μηχανική στοχεύει στη θεραπεία και αποκατάσταση των ιστών, ώστε να μειωθούν τα μετεγχειρητικά προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι ασθενείς. Για να επιτευχθούν οι στόχοι της ιστικής μηχανικής υπάρχουν δυο, κυρίως, προσεγγίσεις. Η πρώτη αφορά στη χρήση υλικών που δύνανται να ενισχύσουν την ανάπτυξη κυττάρων στην επιφάνειά τους, που θα οδηγήσει τελικά στην ανάπτυξη ιστού, ώστε να αντικατασταθεί ο κατεστραμμένος. Η δεύτερη αφορά στην ανάπτυξη κατάλληλων δομών που δύνανται να μεταφέρουν φαρμακευτικές ουσίες στο σημείο της παθογένειας, ώστε να πραγματοποιηθεί στοχευμένα η θεραπεία. Οι παραπάνω προσεγγίσεις οδηγούν τελικά στην αποκατάσταση της φυσιολογίας των ιστών και στη θεραπεία των ασθενών. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε σε δυο τομείς. Ο πρώτος αφορά στην ανάπτυξη και το χαρακτηρισμό νανοσωματιδίων που δύνανται να μεταφέρουν φάρμακα σε ιστούς που παρουσιάζουν παθογένεια, και ο δεύτερος στη μελέτη των νανομηχανικών ιδιοτήτων πολυμερικών υλικών (μαλακή ύλη) που εφαρμόζονται στην ιατρική. Στόχος ήταν η μελέτη νανοδομημένων υλικών και υλικών όγκου που προάγουν τις ανάγκες και τους στόχους της ιστικής μηχανικής, ώστε να αναπτυχθεί ένα πειραματικό πρωτόκολλο μελέτης των νανομηχανικών ιδιοτήτων της μαλακής ύλης, το οποίο θα είναι χρήσιμο για τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των ιστών. Οι ιστοί ανάλογα με την κατάσταση στην οποία βρίσκονται (υγιής φάση, παθογένεια και μετά την αποκατάσταση της φυσιολογίας) παρουσιάζουν διαφοροποιημένες μηχανικές ιδιότητες, εξαιτίας της διαφορετικής οργάνωσης της μικροδομής τους. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επιχειρεί να προσεγγίσει ολοκληρωμένα αυτές τις διαφορές, οδηγώντας στην ανάπτυξη μιας καινούριας μεθόδου χαρακτηρισμού και διάγνωσης της παθογένειας σε ασθενείς.