Record Details

INVESTIGATION OF NANO- AND MICROSTRUCTURE OF BIOMATERIALS FOR REGENERATIVE MEDICINE BY METHOD OF SCANNING PROBE NANOTOMOGRAPHY

Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title INVESTIGATION OF NANO- AND MICROSTRUCTURE OF BIOMATERIALS FOR REGENERATIVE MEDICINE BY METHOD OF SCANNING PROBE NANOTOMOGRAPHY
ИССЛЕДОВАНИЕ НАНО- И МИКРОСТРУКТУРЫ БИОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ НАНОТОМОГРАФИИ
 
Creator A. Efimov E.; Laboratory of Bionanotechnology, V.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artifi cial Organs, Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation
I. Agapov I.; Laboratory of Bionanotechnology, V.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artifi cial Organs, Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation
А. Ефимов Е.; Лаборатория бионанотехнологий ФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И. Шумакова» Минздрава России, Москва, Российская Федерация
И. Агапов И.; Лаборатория бионанотехнологий ФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И. Шумакова» Минздрава России, Москва, Российская Федерация
 
Subject scanning probe nanotomography; nanoporosity; three-dimensional biocompatible scaffolds; spidroin
сканирующая зондовая нанотомография; нанопористость; трехмерные биосовместимые матриксы; спидроин
 
Description Aim. To perform a study of three-dimensional micro- and nanostructure of porous biocompatible scaffolds and quantitative analysis of nanoscale porosity parameters.Materials and methods. Three-dimensional porous scaffolds made from spidroin rS1/9 (recombinant analog of spider dragline protein) were produced by salt leaching technique. Dimensions of macropores in produced three-imensional scaffolds were in range from 200 to 400 microns. The study of three-dimensional structure of scaffolds was carried out by scanning probe nanotomography technique with the use of experimental setup combining ultramicrotome and scanning probe microscope. Results. Three-dimensional nanotomographical reconstruction of scaffold macropore wall structure is obtained. The formation of three-dimensional network of interconnected pores and channels with characteristic dimensions in range from 20 to 700 nm in the volume of macropore walls of studied scaffolds is observed. Mean pore diameter is 150 nm. Volume porosity of macropore walls is 22% while volume fraction of pores interconnected in large pore clusters is about 20% of all pore volume.Conclusion. Obtained as a result of the study quantitative characteristics of porous micro- and nanostructure of scaffolds show signifi cant degree of nanoscale porosity and percolation of macropore walls what correlates with reported high effi ciency of tissue regeneration on such scaffolds implanted in vivo. Use of scanning probe nanotomography technique for analysis of characteristics and topology of micro- and nanopore systems enables to improve effi ciency of development of novel biocompatible and biodegradable materials with predicted morphological, physical, chemical and biological characteristics.
Цель. Провести исследование трехмерной микро- и наноструктуры пористых биосовместимых матриксов и выполнить количественный анализ наномасштабной пористости.Материалы и методы. Трехмерные пористые матриксы из высокоочищенного спидроина rS1/9 (рекомбинантного аналога белка паутины) были получены методом выщелачивания. Размер макропор полученных трехмерных матриксов составил от 200 до 400 мкм. Изучение трехмерной структуры матриксов производилось методом сканирующей зондовой нанотомографии при помощи экспериментальной установки, объединяющей ультрамикротом и сканирующий зондовый микроскоп.Результаты. Получена трехмерная нанотомографическая реконструкция структуры стенки макропоры матрикса. Установлено, что в объеме стенок макропор исследуемых матриксов формируется трехмерная сеть сообщающихся пор и каналов с размерами от 20 до 700 нм. Средний диаметр пор составляет 150 нм. Объемный коэффициент пористости стенок макропор составляет 22%, при этом объемная доля пор, взаимосвязанных между собой и соединяющихся в кластеры, составляет порядка 20% от объема всех пор.Заключение. Полученные в результате исследования количественные характеристики пористой микро- и наноструктуры матриксов показывают заметную степень наномасштабной пористости и проницаемости стенок макропор, что коррелирует с высокой эффективностью регенерации тканей на подобных матриксах при их имплантации in vivo. Использование метода сканирующей зондовой нанотомографии для анализа характеристик и топологии систем микро-и нанопор позволяет повысить эффективность разработок по созданию новых биосовместимых и биодеградируемых материалов с заданными морфологическими, физико-химическими и биологическими характеристиками.
 
Publisher V.I.Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs
 
Contributor —
—
 
Date 2014-09-24
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://journal.transpl.ru/vtio/article/view/453
10.15825/1995-1191-2014-3-109-116
 
Source Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs; Том 16, № 3 (2014); 109-116
Вестник трансплантологии и искусственных органов; Том 16, № 3 (2014); 109-116
2412-6160
1995-1191
10.15825/1995-1191-2014-3
 
Language rus
 
Relation http://journal.transpl.ru/vtio/article/view/453/398
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).