Oddělení tkáňového inženýrství

Oddělení tkáňového inženýrství

Oddělení tkáňového inženýrství

 

Vedoucí: Prof. RNDr. Evžen Amler, Ph.D., CSc.

Tel.: +420 241 062 387
 
je především zaměřena na přípravu tkáňových náhrad, tvorbu buněčných nosičů, především biodegradabilních a na bázi nanovláken, modelování proteinových struktur, ale také vyhledávání možností praktického využití výsledků. Pracoviště vyvíjí technologii uvolňování bioaktivních látek s využitím nanovlákenných nosičů obohacených o lipozomy, což umožňuje řízený přísun živin a léků přímo do místa defektu. Připravují se umělé chrupavčité náhrady pro klinické využití v ortopedii.
 

 

 

Vědečtí pracovníci:

Prof. RNDr. Evžen Amler, CSc.

Prof. Franco Rustichelli

MUDr. Eva Filová, Ph.D.

Mgr. Michala Rampichová, Ph.D.

Mgr. Andrej Litvinec, Ph.D.

Mgr. Andrea Míčková, Ph.D.

Postgraduální studenti:

Mgr. Martin Královič

MUDr. et Ing. Karolína Vocetková

Mgr. Jana Daňková

Mgr. Věra Sovková

Mgr. Gracián Tejral

Mgr. Radek Divín

Mgr. Věra Lukášová

Mgr. Barbora Kodedová

Mgr. Veronika Blahnová

Pregraduální studenti:

Bc. Gabriela Korbelová

Technický pracovník:

Kateřina Žambochová

Jana Závodská

 

Významné výsledky v roce 2015


1. Vyvinuli jsme disperzní nanovlákna z poly-ε-kaprolaktonu (PCL) obohacená o magnetické nanočástice pomocí hladinového zvlákňování.

Nanovlákna zlepšila adhezi a osteogenní proliferaci prasečích mesenchymálních kmenových buněk a jsou slibná pro kostní regeneraci. (Daňková et al. 2015).

 

Rastrovací elektronová mikroskopie nanovláken z poly-ε-kaprolaktonu s magnetickými nanočásticemi.

 

 

2. Vyvinuli jsme chirurgickou síťku z polypropylenu (PP) obalenou PCL nanovlákny s adherovanými trombocyty jako zdrojem nativních růstových faktorů.

Složená síťka s trombocyty zlepšila adhezi, proliferaci a metabolickou aktivitu fibroblastů v porovnání s PP, PP obaleným nanovlákny a PP funkcionalizovaným trombocyty. Systém složených nosičů s růstovými faktory uvolněnými z trombocytů je slibný přístup pro tkáňové inženýrství (Plencner et al. 2015).

Rastrovací elektronová mikroskopie implantovaných nosičů. (A) PCL nanovlákna; (B) PP síťka; (C) PP síťka funkcionalizovaná PCL nanovlákny.

 

 


3. Nanovlákna z polyvinyl alkoholu (PVA) byla funkcionalizovaná polyetylen glykolem s biotin (PEG-b) linkrem a specifickou vazbou konjugátem avidin- protilátka.

PEG-b funkcionalizovaná nanovlákna signifikantně řízeně zpomalila rozpad nanovláken. Navíc vazby anti CD-29 protilátky na PEG-b linker stimulovala adhezi mesenchymálních kmenových buněk na PVA-PEG-b nanovlákna přes β1-integrinový receptor. Druhý systém selektivní vazby proteinu na povrch nanovláken představují anti-transferrin-PEG-b nanovlákna (Buzgo et al. 2015). 

Mikrofotografie a schéma nanovláken z polyvinylalkoholu (PVA) funkcionalizovaných linkerem polyetylénglykolem s biotinem (PEG-b) a sekvenčne-specifickou vazbou konjugátu avidin- protilátka (proti-transferinu).

 

 

Publikace:

Jana Daňková, Matej Buzgo,Jana Vejpravová, Simona Kubíčková,Věra Sovková, Lucie Vysloužilová, Alice Mantlíková, Alois Nečas, Evžen Amler. Highly efficient mesenchymal stem cell proliferation onPCL nanofibers with embedded magnetic nanoparticles. Int J Nanomedicine. 2015 Dec 7;10:7307-17. IF 4.195
 

Plencner M, Prosecká E, Rampichová M, East B, Buzgo M, Vysloužilová L, Hoch J, Amler E. 2015. Significant improvement of biocompatibility of polypropylene mesh for incisional hernia repair by using poly-ε-caprolactone nanofibers functionalized with thrombocyte-rich solution. Int J Nanomedicine. 2015 Apr 1;10:2635-2646. IF 4.195
 

Buzgo M, Greplová J, Soural M , Dagmar Bezděková, Andrea Míčková, Olga Kofroňová, Oldřich Benada, Jan Hlaváč, Evžen Amler. PVA immunonanofibers with controlled decay. Polymer 2015 Oct 23; 77:387-398 IF = 3.562

 

Významné výsledky v roce 2014

 

1. Funkcionalizovaná nanovlákna jako systém řízeného dodávání léčiv

Polypropylenová síťka byla funkcionalizována pomocí nanovláken z poly-ε-kaprolaktonu s adherovanými bioaktivními látkami jako systém pro řešení incisionální hernie. Tento systém funkcionalizovaných nanovláken s řízeným dodáváním bioaktivních látek byl následně testován in vivo na modelu králíka.

 

Scaffold pro krytí břišních ran pomocí skenovací elektronové mikroskopie. (A) nanovlákna z poly-ε-kaprolaktonu (zvětšení 230×); (B) polypropylenová síťka (zvětšení 18×); (C) polypropylenová síťka funkcionalizovaná poly-ε-kaprolaktonovými nanovlákny (zvětšení 18×).

 

 

Spolupráce: Fakulta biomedicínského inženýrství ČVUT, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT.

 

Publikace: 

Amler E, Filová E, Buzgo M, Prosecká E, Rampichová M, Nečas A, Nooeaid P, Boccaccini AR, (2014): Functionalized nanofibers as drug-delivery systems for osteochondral regeneration. Nanomedicine-UK 9(7): 1083–1094, IF 5.9

Plencner, M., et al.: Abdominal closure reinforcement by using polypropylene mesh functionalized with poly-ε-caprolactone nanofibers and growth factors for prevention of incisional hernia formation. Int. J. Nanomed. 9: 3263-3277, IF 4.2 

 

2. Biomechanické hodnocení regenerované břišní steny

Uzavření břišní stěny bylo zpevněno aplikací polypropylenové síťky funcionalizované pomocí nanovláken z poly-ε-kaprolaktonu (PCL) a růstových faktorů. Tento nový přistup je použitý jako prevence vzniku incizionální kýly. Jelikož je tento systém velice obecný je možné ho využít i v dalších mnohých chirurgických aplikacích.

 

Snímky nosičů použitých pro uzavření břišní incize pořízené pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM). (A) PCL nanovlákna (230 × zvětšené), (B) polypropylénová síťka (18 × zvětšené), (C) polypropylénová síťka funcionalizována pomocí PCL nanovláken (18 × zvětšené).

 

Histologické vyšetření vzorků nosičů pomocí barvení kolagenu, tukové tkáně a granulačních infiltrací. Ve vzorcích bez použití jakékoliv síťky (A) byla v hojící se incizi přítomná směs kolagenů (červená šipka), tuková pojivová tkáň (černá šipka) a granulační infiltrace (žlutá šipka). Vzorky s polypropylénovou (PP) síťkou (B) vykazovali přítomnost vyšší frakce tukové tkáně. Na snímku B můžeme taky pozorovat pozůstatky rozpuštěné PP síťky (černé šipky), které byly obklopeny pouze několika pro-zápalovými buňkami. Zbytky nanovláken (C, D, E, F) byly obklopeny granulační, na leukocyty bohatou, pojivovou tkání (žlutá šipka). Největší frakce kolagenu (červená šipka) byla pozorována ve vzorcích obsahujících PCL nanovlákna s adherovanými růstovými faktory (RF)(D), následovaných vzorky bez použití jakékoliv síťky (A) a vzorky s použitím samotných PCL nanovláken (F). Nízká frakce tukové tkáně byla pozorována ve vzorcích obsahujících PCL nanovlákna s adherovanými RF (D), ve vzorcích bez použití síťky (A), a ve vzorcích obsahujících samotná PCL nanovlákna (F).

 

 

Publikace:

 Plencner M, East B, Tonar Z, Otáhal M, Prosecká E, Rampichová M, Krejčí T, Litvinec A, Buzgo M, Míčková A, Nečas A, Hoch J, Amler E, (2014): Abdominal closure reinforcement by using polypropylene mesh functionalized with poly-ε-caprolactone nanofibers and growth factors for prevention of incisional hernia formation. Int. J. Nanomed. 9: 3263-3277, IF 4.195

 

 

Významné výsledky v roce 2013

 

1. Časově regulovatelný systém dodávání léčiv pro biomedicínské použití založený na alfa granulích inkorporovaných v koaxiálních nanovláknech

Alfa granule přinášejí nový zdroj přirozených růstových faktorů z krevních destiček. V posledních studiích se nám podařilo úspěšně zapouzdřit tyto alfa granule do koaxiálních nanovláken (nanovlákna typu jádro/plášť). Alfa granule přežily proces elektrostatického zvlákňování. Bioaktivita růstových faktorů uvolňujících se ze zapouzdřených alfa granulí byla prokázána in vitro na primárních buňkách chrupavčité tkáně (chondrocytech) a mezenchymálních kmenových buňkách.

 

 
Obr. A., B. Mikrofotografie alfa-granul enkapsulovaných v koaxiálních nanovláknech z polykaprolaktonu a polyvinyl alkoholu pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (FESEM).

 

 

Spolupráce: 
Ústav biofyziky, 2.lékařská fakulta Univerzita Karlova v Praze; Oddělení mechaniky, Fakulta aplikovaných věd, Západočeská univerzita v Plzni; Textilní fakulta, Katedra netkaných textilií, Technická univerzita v Liberci

Publikace: 
Buzgo M., Jakubova R., Mickova A., Rampichova M., Prosecka E., Kochova P., Lukas D., Amler E.: (2012) Time-regulated drug delivery system based on coaxially incorporated platelet alpha granules for biomedical use. Nanomedicine- UK. 8(7): 1137-1154. IF 5,26

 

2. Bezbuněčný nanovlákenný kompozitní nosič pro regeneraci osteochondrálních defektů miniprasete

Byl vyvinut nový systém pro dodávání léčiv založený na liposomech enkapsulovaných do PVA nanovláken. Časová kontrola uvolňování insulinu a bFGF zlepšila viabilitu mesenchymálních kmenových buněk MSC in vitro. Bezbuněčné kompozitní nosiče složené z PVA nanovláken obohacených o liposomy, bFGF a insulin byly implantovány do 7 osteochondrálních defektů v modelu miniprasete; kontrolní defekty nebyly léčeny. Bezbuněčný kompozitní nosič zvýšil migraci buněk do defektu a jejich diferenciaci do chondrocytů. Nosič podpořil regeneraci osteochondrálních defektů na modelu miniprasete.

 

 
Obr. Regenerace osteochondrálního defektu u miniprasete pomocí bezbuněčného gelu složeného z kolagenu typu I/hyalurona- nu sodného/fibrinu, obsahující nanovlákna z polyvinylalkoholu obohacená o lipozomy a růstové faktory A. a neléčený defekt B.

 

 

Spolupráce: 
Fakulta biomedicínského inženýrství, ČVUT v Praze, Ústav biofyziky, 2. LF UK v Praze, Fyziologický ústav AV ČR, v.v.i., Ústav stavebníctva a architektúry SAV, Textilní fakulta, Technická univerzita Liberec, Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, v.v.i., Ústav histologie a embryologie, 2. LF UK v Praze, Student Science, s r.o.

Publikace: 
Filová E., Rampichová M., Litvinec A., Držík M., Míčková A., Buzgo M., Košťáková E., Martinová L., Usvald D., Prosecká E., Uhlík J., Motlík J., Vajner L., Amler E. A cell-free nanofiber composite scaffold regenerated osteochondral defects in miniature pigs. Int J Pharm. 2013 Apr 15;447(1-2):139-49. IF 3,458.

 

3. Nanovlákna typu jádro/plášť: nadějný systém pro tkáňové inženýrství chrupavky

Alfa-granula krevních destiček jsou novým, přirozeným zdrojem růstových faktorů. Naše skupina v nedávné době úspěšně inkorporovala alfa-granula do nanovláken typu jádro/plášť. Pomocí chondrocytů a mesenchymálních kmenových buněk bylo prokázáno, že elektrostatické zvlákňování nenarušuje bioaktivitu uzavřených růstových faktorů.

 

 
Obr. Koaxiální nanovlákna z polyvinyl alkoholu (jádro) a polykaprolaktonu (plášť) s inkorporovanými alfa-granulemi značenými carboxyfluorescein succinimidyl esterom snímané konfokálním mikroskopem.

 

 

Spolupráce: 
Ústav biofyziky, 2. LF UK v Praze; Univerzitní centrum energeticky efektivních budov, Buštehrad

Publikace: 
Amler E., Mickova A., Buzgo M. Electrospun core/shell nanofibers: a promising system for cartilage and tissue engineering? Nanomedicine (Lond). 2013 Apr;8(4):509-12. IF 5,26.

Grantová agentura České republiky, grant č. 15-15697S (2015-2017) Třídimenzionální nanovlákenný nosič s inkorporovaným systémem řízeného dodávaní léčiv pro tkáńové inženýrství kosti a chrupavky

Grantová agentura České republiky 16-14758S (2016-2019) Vliv nanotopografie povrchu na bioaktivní vlastnosti titanové slitiny s nízkým modulem pružnosti

MŠMT č. LO1508 (NANOGEN) (1.7.2015 – 30.6.2020) Genomika a proteomika při studiu mechanismů biologických účinků vyráběných nanočástic

MŠMT č. LO1309 (1.7.2014 – 30.6.2019) Buněčná terapie a tkáňové náhrady

TAČR Dílčí projekt 12 GAMA č. TG01010135 (12/2015-11/2016) 3D kompozitní gely pro řízenou diferenciaci MSC v podmínkách in vitro.

Grantová agentura Univerzity Karlovy č. 1228214 (2014-2016) In vitro testování nosičových systémů na bázi nanovláken pro léčbu vitiliga

Grantová agentura Univerzity Karlovy č. 512216 (2016-2019) 3D nosiče produkované odstředivým zvlákňováním s využitím hMSC k regeneraci chrupavky a kosti.

ti.

2016

Smyslová, P., Popa, I., Lyčka, A., Tejral, G., Hlaváč, J.:(2016) Non-Catalyzed Click Reactions of ADIBO Derivatives with 5-Methyluridine Azides and Conformational Study of the Resulting Triazoles. PLoS One., 10(12): e0144613.

Filová, E., Jakubcová, B., Danilová, I., Kuželová Košťáková, E., Jarošíková, T., Chernyavskiy, O., Hejda, J., Handl, M., Beznoská, J., Nečas, A., Rosina, J., Amler, E.: (2016) Polycaprolactone foam functionalized with chitosan microparticles - a suitable scaffold for cartilage regeneration. Physiol. Res., 65(1): 121-131.

Szöke, K., Daňková, J., Buzgo, M., Amler, E., Brinchmann, J.E., Østrup, E.: (2016) The effect of medium composition on deposition of collagen type 1 and expression of osteogenic genes in mesenchymal stem cells derived from human adipose tissue and bone marrow. Process Biochem., IN PRESS

Vocetková, K., Buzgo, M., Sovková, V., Bezděková, D., Kneppo, P., Amler, E.: (2016) Nanofibrous polycaprolactone scaffolds with adhered platelets stimulate proliferation of skin cells. Cell Prolif., 49(5):568-78.

 

2015

Buzgo, M., Greplová, J., Soural, M., Bezděková, D., Míčková, A., Kofroňová, O., Benada, O., Hlaváč, J., Amler, E.: (2015) PVA immunonanofibers with controlled decay. Polymer. 7: 387-398.

Daňková, J., Buzgo, M., Vejpravová, J., Kubíčková, S., Sovková, V., Vysloužilová, L., Mantlíková, A., Nečas, A., Amler, E.: Highly efficient mesenchymal stem cell proliferation on poly-ε-caprolactone nanofibers with embedded magnetic nanoparticles. Int J Nanomedicine. 10:7307-17.

Erben, J., Pilarová, K., Sanetrnik, F., Chvojka, J., Jenčová, V., Blažková, L., Havlíček, J., Novák, O., Mikeš, P., Prosecká, E., Lukaš, D., Kuzelová Kostaková E.: (2015) The combination of meltblown and electrospinning for bone tissue engineering. Materials Letters 143, 172-176.

Filová, E., Jakubcová, B., Danilová, I., Kuželová Košťáková, E., Jarošíková, T., Chernyavskiy, O., Hejda, J., Handl, M., Beznoská, J., Nečas, A., Rosina, J., Amler, E.: (2015) Polycaprolactone foam functionalized with chitosan microparticles - a suitable scaffold for cartilage regeneration. Physiol Res. IN PRESS

Kubíková, T., Filová, E., Prosecká, E., Plencner, M., Králíčková, M., Tonar, Z.: (2015) Histological evaluation of biomaterials administration in vivo on the cartilage, bone and skin healing. Cas Lek Cesk., 154(3):110-4.

Plencner, M., Prosecká, E., Rampichová, M., East, B., Buzgo, M., Vysloužilová, L., Hoch, J., Amler, E.: (2015) Significant improvement of biocompatibility of polypropylene mesh for incisional hernia repair by using poly-ε-caprolactone nanofibers functionalized with thrombocyte-rich solution. Int J Nanomedicine.10:2635-2646.

Prosecká, E., Rampichová, M., Litvinec, A., Tonar, Z., Králíčková, M., Vojtová, L., Kochová, P., Plencner, M., Buzgo, M., Míčková, A., Jančář, J., Amler, E.: (2015) Collagen/hydroxyapatite scaffold enriched with polycaprolactone nanofibers, thrombocyte-rich solution and mesenchymal stem cells promotes regeneration in large bone defect in vivo. J. Biomed. Mater. Res. Part A., 103(2): 671-682.

Sukhoruková, I.V., Sheveyko, A.N., Kiryukhantsev-Korneev,Ph.V., AnisimováN.Y., Gloushanková, N.A., Zhitnyak, I.Y., Benešová, J., Amler, E., Shtanský, D.V.: (2015) Two approaches to form antibacterial surface: Doping with bactericidal element and drug loading. Applied Surface Science. 330:339–350.

 

2014

Amler, E., Filová, E., Buzgo, M., Prosecká, E., Rampichová, M., Nečas, A., Nooeaid, P., Boccaccini, A. R.: (2014) Functionalized nanofibers as drug-delivery systems for osteochondral regeneration. Nanomedicine-UK 9(7): 1083-1094.

Fedorová, P., Srnec, R., Pěnčík, J., Schmid, P., Amler, E., Urbanová, L., Nečas, A.: (2014) Mechanical testing of newly developed biomaterial designed for intra-articular reinforcement of partially ruptured cranial cruciate ligament: ex vivo pig model. Acta Vet.BRNO 83(1): 55-60.

Plencner, M., East, B., Tonar, Z., Otáhal, M., Prosecká, E., Rampichová, M., Krejčí, T., Litvinec, A., Buzgo, M., Míčková, A., Nečas, A., Hoch, J., Amler, E.: (2014) Abdominal closure reinforcement by using polypropylene mesh functionalized with poly-ε-caprolactone nanofibers and growth factors for prevention of incisional hernia formation. Int. J. Nanomed. 9: 3263-3277.

Rampichová, M., Buzgo, M., Chvojka, J., Prosecká, E., Kofroňová, O., Amler, E.: (2014) Cell penetration to nanofibrous scaffolds: Forcespinning®, an alternative approach for fabricating 3D nanofibers. Celll Adhes. Migr. 8(1): 36-41.

 

2013

Amler, E., Míčková, A., Buzgo, M.: (2013) Electrospun core/shell nanofibers: a promising system for cartilage and tissue engineering? Nanomedicine-UK. 8(4): 509-512.

Buzgo, M., Jakubová, R., Míčková, A., Rampichová, M., Prosecká, E., Kochová, P., Lukas, D., Amler, E.: (2013) Time-regulated drug delivery system based on coaxially incorporated platelet alpha granules for biomedical use. Nanomedicine-UK. 8(7): 1137-1154.

Filová, E., Rampichová M., Litvinec, A., Držík, M., Míčková, A., Buzgo, M., Košťáková, E., Martinová, L., Usvald, D., Prosecká, E., Uhlík, J., Motlík, J., Vajner, L., Amler, E.: (2013) A cell-free nanofiber composite scaffold regenerated osteochondral defects in miniature pigs. Int. J. Pharm. 447(1-2): 139-149.

Rampichová, M., Chvojka, J., Buzgo, M., Prosecká, E., Mikeš, P., Vysloužilová, L., Tvrdik, D., Kochová, P., Gregor, T., Lukáš, D.,Amler, E.: (2013) Elastic three-dimensional poly (ε-caprolactone) nanofibre scaffold enhanced migration, proliferation, and osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Cell Prolif. 46(1): 23-37.

Universitní centrum energeticky efektivních budov, České vysoké učení technické v Praze, Laboratoř pokročilých biomateriálů
Fakulta strojní, České vysoké učení technické v Praze

Fakulta chemické technologie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, Ústav chemie materiálů

Středoevropský technologický institut VUT (CEITEC), Pokročilé polymerní materiály a kompozity

Lékařská fakulta Univerzity Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Ústav lekárskej a klinickej biofyziky

Second University of Naples, Department of Experimental Medicine