| Abstract | Uočavanjem nedostataka do sada korištenih konvencionalnih metoda liječenja koštanih defekata te metoda priprava okosnica, nametnula se potreba razvoja novih materijala koji bi potaknuli samoobnovu, odnosno regeneraciju kosti. Cilj inženjerstva koštanog tkiva je pronaći biomaterijal strukturno i kemijski sličan prirodnom koštanom tkivu, te istražiti najpogodnije metode priprave okosnica na temelju takvoga materijala. Kako bi neka okosnica mogla biti korištena u inženjerstvu koštanog tkiva, mora biti pogodna za nasađivanje stanica, oponašati poroznu mikrostrukturu prirodne kosti, imati mogućnost razgradnje pri tjelesnim uvjetima i pri tome poticati regeneraciju tkiva te imati odgovarajuća mehanička svojstva kako bi služila kao potporanj okolnom tkivu. Istraživanja su pokazala kako kalcij fosfati pripravljeni iz biogenog izvora (koralji, školjke, ljuske jaja, sipe i sl.) pokazuju svojstva slična prirodnoj kosti. Naime, anorganska faza prirodnog koštanog tkiva građena je od nestehiometrijskog hidroksiapatita supstituiranog karbonatnim (CO32-) ionima s manjkom kalcijevih (Ca2+) iona. Nadalje, na mjestu Ca2+ iona prisutne su supstitucije stroncijem, magnezijem, cinkom, natrijem, kalijem i dr. Biogeni prekursori u svojoj strukturi sadrže navedene elemente u tragovima, te su stoga poželjni u sintezi materijala za obnovu koštanog tkiva jer potiču diferencijaciju matičnih stanica u osteoblaste i vaskularizaciju okosnice. Do danas su provedena mnoga istraživanja o ulozi silicija u regeneraciji koštanog tkiva. Uočena je njegova važna uloga u procesu osteogeneze te povezivanju lančanih molekula izvanstanične matrice. U eksperimentalnom dijelu istraživanja, pripravljeni su uzorci hidroksiapatita (HAp) iz sipine kosti (aragonit, CaCO3) uz prisutnost fosfatnih iona (PO43-), hidrotermalnom metodom. Potom su uzorci impregnirani (3-aminopropil)trietoksisilanom (APTES) kao izvorom silicija na dva različita načina; (i) uzastopna impregnacija te toplinska obrada pri 1000 °C, (ii) impregnacija te toplinska obrada pri 1000 °C nakon svake impregnacije. Pripravljeni uzorci karakterizirani su pomoću rendgenske difrakcijske analize, Rietveldove metode utočnjavanja pomoću računalnog programa DIFFRAC.SUITE TOPAS V.5.0., infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom te elektronske pretražne mikroskopije. Nakon sinteze HAp-a hidrotermalnom metodom, porozna mikrostruktura sipine kosti ostala je očuvana. Impregnacijom APTES-a u visokoporoznu strukturu HAp-a te toplinskom obradom tako pripremljenih uzoraka, dolazi do nastajanja novih kalcij silikatnih faza, volastonita i larnita, te do nastajanja amorfne faze. |
| Abstract (english) | It has been previously noticed that currently used conventional methods for bone defects regeneration and synthesis of scaffolds do not meet current needs in bone tissue engineering (BTE) applications. Therefore, there is a need for the development of new materials that could promote bone regeneration. The main goal of BTE is to find biomaterial that structurally and chemically resembles natural bone and to develop novel methods for its synthesis. If a biomaterial is to be used in BTE, it has to meet certain requirements; it must promote cell adhesion, resemble the microporous structure of natural bone tissue, biodegrade when immersed in body fluids, promote regeneration and have required mechanical properties in order to support surrounding tissue. Research has shown that calcium phosphates synthesised from biological sources (corals, oysters, cuttlefish, etc.) better resemble natural bone tissue. Natural bone consists of nonstoichiometric carbonated hydroxyapatite that is calcium deficient, and materials from biological sources are a source of substitutional ions, essential for promotion osteogenesis and allowing normal function of the tissue. Numerous studies are focused on the investigation of silicon and silicate ion substitution due to its important role in extracellular matrix formation and osteogenesis. In the experimental part, samples were prepared by cutting cuttlefish bone into small pieces and hydrothermally converting them into hydroxyapatite with the presence of phosphate ions. Afterward, samples were (i) continuously impregnated with (3-aminopropyl)triethoxysilane and finally heat-treated at 1000 °C and (ii) impregnated and heat-treated after each impregnation at 1000 °C. Further, samples were analysed by X-ray diffraction, Fourier transformed infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, while Rietveld's refinement was carried out in software DIFFRAC.SUITE TOPAS V.5.0 to quantitatively analyse present phases. The results have shown that the hydrothermal method converted aragonite into hydroxyapatite while the microporous structure was preserved. Impregnation with (3-aminopropyl)triethoxysilane and thermal treatment caused the formation of silicate phases; larnite and wollastonite. A great amount of silicon was concentrated in form of an amorphous layer on the surface of samples. |
