1

Teză de abilitare

Dezvoltarea de strategii pentru evaluarea in vitro

a unor noi biomateriale

-Rezumat-

CÎMPEAN ANIȘOARA

Recunoscând faptul ca orice material destinat aplicațiilor biomedicale necesită efectuarea de

teste de biocompatibilitate, principalul obiectiv al tezei de abilitare intitulată “Dezvoltarea de

strategii pentru evaluarea in vitro a unor noi biomateriale” este de a prezenta strategiile

pe care le-am dezvoltat în ultimii 10 ani de cercetare pentru estimarea răspunsului celular la

noi biomateriale. Teza se bazează pe o serie de studii originale publicate în reviste indexate

ISI, studii care au fost finanțate prin proiecte de cercetare naționale și internaționale conduse

de mine în acești ani.

Secțiunea principală a tezei de abilitare este reprezentată de Partea I: “Realizări științifice și

profesionale” care descrie principalele contribuții științifice.

Capitolul 1 este dedicat evaluării in vitro a biocompatibilității unor aliaje noi de -titan: i)

Ti-25Ta-25Nb; ii) Ti–23Nb–0.7Ta–2Zr–0.5N, și iii) aliajul “Gum Metal” Ti-23Nb-0.7Ta-

2Zr-1.2O. Printre materialele metalice folosite ca substituenți de os, aliajele de β-titan au

dobândit o tot mai mare importanță însă performanța lor biologică nu a fost încă investigată

în detaliu. Considerând că osteoblastele și macrofagele sunt celule cheie implicate in oseo-

integrarea implantului, biomaterialele dezvoltate au fost testate folosind linii celulare de

osteoblaste și macrofage. Rezultatele obținute au fost comparate cu performanța in vitro a

biomaterialelor convenționale de titan folosite larg pentru aplicații biomedicale, ca de

exemplu titanul commercial pur (cpTi) sau Ti-6Al-4V, și au evidențiat că aliajele nou-

dezvoltate au manifestat compatibilitate crescută cu țesutul osos.

Primul obiectiv al Capitolului 2 ce se axează pe modificarea de suprafață a aliajelor de Ti,

pentru a îmbunătăți performanța lor biologică, a fost de a investiga biocompatibilitatea

aliajelor de Ti implantate cu azot (cpTi, Ti-6Al-4V, Ti-25Ta-25Nb). In acest studiu, a fost

dezvoltată și patentată de către Quertech Ingénierie din Franța, o tehnologie nouă de

implantare ionică pentru a modifica proprietățile de suprafață ale aliajelor de Ti. Această

nouă tehnologie conferă aliajelor de Ti o duritate crescută, coeficient de frecare redus și o

rezistență mare la coroziune. Mai mult, experimentele in vitro cu osteoblaste fetale umane

(linia celulară hFOB 1.19) au demonstrat că citocompatibilitatea probelor implantate cu azot

a fost, în general, crescută în comparație cu cea a probelor corespunzătoare netratate. Astfel,

toate caracteristicile manifestate de aliajele de Ti implantate cu azot recomandă aceste

biomateriale ca fiind foarte interesante pentru aplicațiile biomedicale.

Un alt studiu a avut ca obiectiv evaluarea biocompatibilității diferitelor filme fine de TiO2

depozitate pe substratele de Ti folosind tehnica de depunere din stare de vapori a compușilor

2

metal-organici (MOCVD). Biocompatibilitatea a fost evaluată în cultura de fibroblaste

gingivale umane (linia celulară HGF-1) urmărind viabilitatea celulară, citomorfologia,

interacțiile celule-biomaterial mediate de fibronectină, capacitatea proliferativă și potențialul

de degradare a matricei extracelulare, ca indicatori ai performanței biologice a materialelor

studiate. Acest studiu a confirmat că tehnica LP-MOCVD este adecvată pentru modificarea

suprafeței materialelor utilizate în implantologia dentară.

Ultima secțiune a Capitolului 2 oferă o trecere în revistă a răspunsului gazdei la implantarea

biomaterialelor, punându-se accent pe implicarea macrofagelor. Aceasta continuă cu un

studiu ce abordează comportamentul macrofagelor (linia celulară RAW 264.7) pe nanotuburi

de TiO2 în ce privește morfologia celulară, expresia genică/ secreția de citochine și

chemochine pro-inflamatorii, inducerea de celule gigant multinucleate (FBGC) și eliberarea

de NO. Rezultatele noastre demostrează că activarea macrofagelor indusă de lipopolizaharid

(LPS) poate fi redusă de nanotuburi în comparație cu cpTi și sugerează că o suprafață

nanostructurată este mai bine tolerată într-un mediu chirurgical cu risc de contaminare

bacteriană. De asemenea, este prezentat un studiu privind răspunsul inflamator al

macrofagelor la filme de polipirol sintetizate pe aliajul Ti-6Al-7Nb prin polimerizare

potențiostatică în prezență de surfactanți: poli(sodiu 4-stirensulfonat) (NaPSS), t-octilfenoxi

polietoxietanol (Triton X-100) și N-dodecil-β-D-maltosidă. S-a demonstrat că intensitatea

activării macrofagelor a crescut în secvența următoare: PPy/PSS˂PPy˂PPy/Triton X-

100˂PPy/DM.

Capitolul 3 prezintă o trecere în revistă a literaturii privind ingineria tisulară a țesutului

adipos și rezultatele obținute de noi cu privire la comportamentul in vitro al celulelor stem

derivate din țesutul adipos (hASCs) incluse în hidrogeluri de alginat sub forma unor straturi

fine. Aceste hidrogeluri au fost preparate prin difuzia în soluția de alginat, ce conține celule, a

doi agenți de reticulare diferiți: clorura de calciu și gluconatul de calciu. Rezultatele obținute

au demonstrat că ambele tipuri de alginat susțin viabilitatea și proliferarea celulară. Aceste

matrici nu au modificat morfologia celulară și au creat condițiile care sunt favorabile pentru

diferențierea adipogenică. Mai mult, s-a constatat o creștere a acestor parametri celulari în

cazul hidrogelului obținut prin folosirea gluconatului de calciu ca agent de reticulare,

sugerându-se o aplicație promițătoare în ingineria tisulară a țesuturilor moi.

Capitolul 4 este dedicat activității mele de predare a cursurilor de Culturi de celule și

Inginerie tisulară.

Teza continuă cu Partea II: “Planuri de viitor în domeniile cercetării și academic” care este

structurată in “Planuri de viitor pentru dezvoltarea cercetării” și “Planuri viitoare de

predare”. Ca și studii viitoare, folosind expertiza mea în domeniile culturilor de celule și

ingineriei tisulare, voi dezvolta noi abordări de elucidare a interacțiilor dintre biomateriale

nou-dezvoltate și diferite tipuri celulare cu scopul de a demonstra dacă aceste biomateriale

sunt adecvate și eficiente pentru aplicația biomedicală vizată.

Pentru atingerea acestui obiectiv voi beneficia de colaborarea cu partenerii din instituțiile

academice și industriale care vor fi implicați în conceperea și sinteza biomaterialelor.