Молекулярный вес, масса, объем и влагопоглощение полимера для костной тканевой инженерии

Изменение молекулярного веса полимера – важный фактор в описании значений, с которыми происходит гидролитическое (или ферментное) разложение. Для анализа этого свойства берется разлагаемый полимер, растворяется в растворителе, а полимерные цепи анализируются той или иной техникой, такой как гельпроникающая хроматография. По мере разложения полимера средний молекулярный вес полимерных цепей, составляющих каркас, уменьшается.

Скорость, с которой это происходит, зависит от таких факторов, как молекулярная структура полимера, техника образования каркаса и пористые свойства каркаса. Это относится только к гелям, превращенным в твердые вещества связыванием полимера, так как полимерные цепи остаются отдельными молекулами. Когда к материалу применяется полимерное связывание, цепи более не являются отдельными молекулами, поэтому их молекулярный вес не может быть определен.

Такие техники, как инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием и полупроводниковая ядерная магнитно-резонансная спектроскопия могут исследоваться в качестве методов определения молекулярных изменений, задействованных в разложении связанной сетки, но будут во многом зависеть от молекулярной структуры интересующего полимера.


Масса, объем и влагопоглощение каркаса

Изменения физических свойств каркаса во время разложения, возможно, проще всего проходящие, часто имеют наибольшую информативность. Изменения массы измеряются простым контролем изменений веса каркасов во время изучения. Внимание необходимо уделять подсчетам для порогена, если он используется для создания каркаса, так же как и влажности при разложении. Изменение объема трудно определить с большой точностью. Тем не менее, измерение параметров наполнителя каркаса и из изменений в время разложения ясно показывают, увеличивается или разрушается ли каркас по мере разложения. Наконец, влагопоглощение можно определить взвешиванием увлажненного каркаса непосредственно после изучения разложения, а потом через три дня после высыхания.

Чрезвычайно важно то, насколько быстро или медленно должно происходить разложение каркаса костной тканевой инженерии. В целом, ответ на этот вопрос неизвестен и предположения, как описанное ниже, должны рассматриваться с долей осторожности. Быстро разлагаемые каркасы – те, что разлагаются в течение дней или недель после трансплантации, судя по всему, клинически предпочтительнее, так как они допускают рост тканей в объеме пористости и последующее быстрое перенесение механических нагрузок с каркаса на новую ткань. С другой стороны, медленно разлагаемые каркасы – те, что разлагаются много недель или месяцев – могут быть предпочтительнее из-за ответной реакции тканей. В частности, продукты разложения каркаса должны приниматься родной средой и, так как некоторая воспалительная реакция будут вызываться любым разлагаемым каркасом, медленный темп протекания процесса поможет снизить ответную реакцию. Разумеется, обменная активность окружающих тканей влияет на результат, причем костная ткань, переносящая быстрое восстановление, возможно, допускает более высокую скорость разложения каркаса.

Другой важный вопрос относится к типу разложения: поверхностное или объемное. Поверхностное разложение обычно использует материал, поглощающий небольшое количество воды, и поэтому разлагается только в границах между поверхностью материала и окружающей водой. Поверхностное разложение можно экспериментально показать с помощью разложения каркаса, чьи размеры медленно уменьшаются, в то время как его механические свойства в целом сохраняются до достижения критической точки, где и те, и другие резко падают. Объемное разложение, с другой стороны, использует материал, который может впитывать воду, и поэтому разлагается по всему объему. Объемное разложение можно экспериментально показать с помощью разложения каркаса, чьи параметры сохраняются, но чьи механические свойства убывают. Неясно, какой тип разложения предпочтительнее – объемный или поверхностный.

Поверхностное разложение может быть лучше из-за того, что необходимо сохранить механические свойства каркаса, а объемное разложение может быть лучше из-за того, что поддержание поверхности каркаса способствует увеличению клеточной адгезии и реакции тканей. Наконец, необходимо отметить, что разложение каркаса на практике не обязательно относится к поверхностному разложению или к объемному разложению, а является механизмом, лежащим где-то посредине этих противоположностей.


J.P. Fisher and A.H. Reddi, Functional Tissue Engineering of Bone: Signals and Scaffolds
Перевод Борисовой Марины