Dyplom inżynierski – Technologia Chemiczna (2018/19)

Kierująca pracą: dr inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur
Opiekun naukowy: mgr inż Monika Budnicka

Modyfikacja porowatych substytutów kości gąbczastej za pomocą chitozanu

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: modyfikacji fizycznej trójwymiarowych polilaktydowych implantów kostnych za pomocą chitozanu. Następnie zbadania i oceny właściwości fizycznych zmodyfikowanych implantów.

Najczęściej defekty kostne leczy się wykonując przeszczepy autogeniczne. Niestety, niosą one ze sobą ryzyko zakażenia miejsca przeszczepu, krwotoku, czy uszkodzenia nerwów. Stąd istnieje potrzeba nowych substytutów kości, które będą promotorami ich regeneracji. Ważną pozycję wśród materiałów stosowanych do regeneracji kości zajmują polimery resorbowalne jak poliestry alifatyczne. Implanty wykonane z takich polimerów w organizmie żywym degradują do nietoksycznych produktów (CO2 i H2O) i są stopniowo zastępowane przez kość gospodarza. Polimery te zastosowano z pozytywnym rezultatem w badaniach klinicznych na ludziach. Poliestry alifatyczne posiadają odpowiednie właściwości mechaniczne do regeneracji kości gąbczastej, jednakże wykazują niską bioaktywność, w tym niską hydrofilowość. Powoduje to zmniejszoną efektywność regeneracji tkanek. Hydrofilizację powierzchni implantu można przeprowadzić poprzez modyfikację fizyczną. Polega ona na tworzeniu kompozytów z polimerem lub cząstkami o właściwościach hydrofilowych lub osadzaniu ich na powierzchni implantu.

Popularnym polimerem stosowanym w medycynie jest chitozan. Należy on do grupy polisacharydów. Posiada on właściwości   antybakteryjne,   przeciwgrzybicze, hemostatyczne,  przeciwnowotworowe,  antykoagulacyjne,  wzmacniające  zdolności  immunologiczne. Ponieważ posiada wiele grup aminowych i hydroksylowych może być zastosowany jako dodatek hydrofilizujący powierzchnię implantów kostnych.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Otrzymywanie porowatych implantów kostnych metodą freeze-extraction,
  2. Modyfikację powierzchni implantów za pomocą chitozanu,
  3. Charakterystykę otrzymanych implantów z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej,
  4. Ocenę właściwości mechanicznych modyfikowanych implantów,
  5. Badanie nasiąkliwości modyfikowanych implantów,
  6. Test mineralizacji modyfikowanych implantów,
  7. Ocenę efektów modyfikacji wobec implantów niemodyfikowanych.

Kierująca pracą: dr inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur
Opiekun naukowy: mgr inż. Monika Budnicka

Modyfikacja porowatych substytutów kości gąbczastej za pomocą Eudragitów

Praca dyplomowa będzie dotyczyć: modyfikacji fizycznej trójwymiarowych polilaktydowych implantów kostnych za pomocą kopolimerów kwasu metakrylowego. Następnie zbadania i oceny właściwości fizycznych zmodyfikowanych implantów.

Najczęściej defekty kostne leczy się wykonując przeszczepy tkanki pacjenta. Niestety, niosą one ze sobą ryzyko zakażenia miejsca przeszczepu, krwotoku, czy uszkodzenia nerwów. Stąd istnieje potrzeba nowych substytutów kości, które będą promotorami ich regeneracji. Ważną pozycję wśród materiałów stosowanych do regeneracji kości zajmują polimery resorbowalne jak poliestry alifatyczne. Implanty wykonane z takich polimerów w organizmie żywym degradują do nietoksycznych produktów (CO2 i H2O) i są stopniowo zastępowane przez kość gospodarza. Polimery te zastosowano z pozytywnym rezultatem w badaniach klinicznych na ludziach. Poliestry alifatyczne posiadają odpowiednie właściwości mechaniczne do regeneracji kości gąbczastej, jednakże wykazują niską hydrofilowość, co powoduje zmniejszoną efektywność regeneracji tkanek. Hydrofilizację powierzchni implantu można przeprowadzić poprzez modyfikację fizyczną. Polega ona na tworzeniu kompozytów z polimerem lub cząstkami o właściwościach hydrofilowych lub osadzaniu ich na powierzchni implantu.

Polimerami stosowanymi w technologii postaci leku są kopolimery kwasu metakrylowego. Stanowią  substancję  pomocniczą  w  tabletkach . Obecność  wielu  bocznych  grup  estrowych  oraz odpowiednich podstawników powoduje,  że posiadają właściwości hydrofilowe. Dlatego też kopolimery kwasu metakrylowego mogą być zastosowane jako dodatek zwiększający hydrofilowość implantu.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Otrzymywanie porowatych implantów kostnych metodą freeze-extraction,
  2. Modyfikację powierzchni implantów za pomocą kopolimerów kwasu metakrylowego,
  3. Charakterystykę otrzymanych implantów z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej,
  4. Ocenę właściwości mechanicznych modyfikowanych implantów,
  5. Badanie nasiąkliwości modyfikowanych implantów,
  6. Test mineralizacji modyfikowanych implantów,
  7. Ocenę efektów modyfikacji wobec implantów niemodyfikowanych.

Kierująca pracą: dr inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur
Opiekun naukowy: dr inż. Anna Krztoń-Maziopa

Właściwości reologiczne i obrazowanie struktury sztyftowych produktów kosmetycznych

Praca dyplomowa będzie dotyczyć: zbadania właściwości reologicznych i wykonania obrazowania mikroskopowego wybranych kosmetycznych produktów sztyftowych (szminek).

W opracowanych recepturach produktów sztyftowych obserwowane jest niekorzystne zjawisko synerezy, czyli wypacania niektórych składników mieszaniny na powierzchni produktu. Jest to niekorzystne, ponieważ zaburza stabilność produktu końcowego, oraz jest postrzegane przez odbiorców jako objaw zepsucia produktu. W ramach rozwiązania tego problemu podjęto próby zidentyfikowania związków, które migrują na powierzchnię produktu. Zostały wytypowane 2 związki, które mogą być wypacane. W ramach prac będą prowadzone analizy mające na celu sprawdzenie czy wytypowane związki są rzeczywiście odpowiedzialne za synerezę. Zostaną wykonane obrazy mikroskopowe, analizy składu labilnego składnika oraz badania reologiczne w zakresie temperatur 40-80°C.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Wykonanie obrazów mikroskopowych wybranych produktów sztyftowych
  2. Przeprowadzenie analiz IR, NMR, EDS substancji odpowiedzialnych za synerezę wydzielonych ze szminek,
  3. Przeprowadzenie badań reologicznych szminek oraz ich składników w zakresie temperatur
    40–80°C.

Kierujący pracą: dr inż. Paweł Ruśkowski
Opiekun naukowy: mgr inż. Agnieszka Sebai

Polimeryzacja z otwarciem pierścienia 6-metylomorfolino-2,5-dionu

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: polimeryzacji z otwarciem pierścienia 6-metylomorfolino-2,5-dionu w celu otrzymania polidepsipeptydu kwasu mlekowego i glicyny.

Cykliczne pochodne α-hydroksykwasu i α-aminokwasu (depsipeptydy) stanowią cenny monomer, aktywny w polimeryzacji z otwarciem pierścienia. Produktem takiej polimeryzacji są polidepsipeptydy – polimery wzbogacone w jednostki aminokwasowe, uwalniane w trakcie biodegradacji. Polidepsipeptydy wykorzystywane są w inżynierii tkankowej, ponieważ są biozgodne, a uwolnione aminokwasy stanowią składniki odżywcze dla komórek. Mogą być kopolimeryzowane z biodegradowalnymi cyklicznymi estrami, takimi jak np. laktyd. Dodatkowo polidepsipeptydy są bardziej hydrofilowe, co wpływa na zwiększoną adhezję komórek do materiału.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Syntezę cyklicznej pochodnej kwasu mlekowego i glicyny – 6-metylomorfolino-2,5-dionu.
  2. Polimeryzację z otwarciem pierścienia 6-metylomorfolino-2,5-dionu.
  3. Optymalizację warunków prowadzenia polimeryzacji.

Kierujący pracą: dr inż. Paweł Ruśkowski

Optymalizacja otrzymywania poli(bursztynianiu glicerolu)

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: optymalizacji procesu otrzymywania poli(bursztynianiu glicerolu). Inżynieria tkankowa jest interdyscyplinarną nauką łączącą wiedzę z zakresu nauk biologicznych, chemicznych, technicznych oraz inżynierii materiałowej. Jej głównym zadaniem jest poszukiwanie alternatywnych rozwiązań, pozwalających na szybką i wydajną regenerację uszkodzonych tkanek. Tradycyjne metody opierające się głównie na przeszczepach i transplantacjach niosą odrzucenia przeszczepu oraz możliwości wystąpienia infekcji i innych powikłań. Z tego względu poszukiwano nowych rozwiązań. W ten sposób, jednym z głównych zainteresowań inżynierii tkankowej stały się rusztowania komórkowe. Ich głównym zadaniem jest naśladowanie funkcji naturalnej macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. ECM – extracellular matrix), która zapewnia miejsca przyczepu komórek oraz spajanie tkanek. Nowoczesnym trendem w regeneracji uszkodzonych tkanek jest całkowite pominięcie hodowli komórkowej i stworzenie bezkomórkowego syntetycznego przeszczepu. Do tego celu można wykorzystać poli(bursztynian glicerolu). Poli(bursztynian glicerolu) jest poliestrem otrzymywanym w dwuetapowej syntezie z bezwodnika bursztynowego i glicerolu. W pierwszym etapie następuje wytworzenie prepolimeru poli(bursztnianiu glicerolu), w drugim jego usieciowane.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Wybór i porównanie metod syntezy
  2. Optymalizację otrzymywania poli(bursztynaniu glicerolu) z wykorzystaniem matematycznych metod planowania eksperymentów
  3. Opracowanie procedury laboratoryjnej

Materiały polimerowe do walki z prątkami gruźlicy

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: syntezy biblioteki nowych monomerów, a następnie ich polimeryzacji w celu uzyskania amfifilowych kationów o potencjalnych właściwościach przeciwbakteryjnych.

Infekcje bakteryjne są powodem corocznej śmierci niemal 15 milionów ludzi. Często jesteśmy wobec nich bezradni z racji rosnącej antybiotykooporności wielu patogenów. Na przestrzeni ostatnich lat fakty te zmobilizowały rzesze naukowców do pracy nad nowymi czynnikami antybakteryjnymi. Do tej pory opracowano szlaki syntetyczne – niestety bardzo kosztowne – prowadzące do uzyskania wysokoselektywnych antybakteryjnych peptydów. Alternatywą dla nich są niedrogie w syntezie polimery amififilowe, takie jak pochodne liniowej iminy polietylenowej (l-PEI), szeroko badanej w ostatnich latach pod kątem zastosowania w transfekcji genów, przemyśle farbiarskim, a także wykazywanych właściwości biobójczych. Postęp prac, jaki dokonał się w tej dziedzinie sprawia, że nie tylko wiemy coraz więcej na temat parametrów strukturalnych decydujących o skuteczności antybakteryjnej polimerów np. hydrofobowość/hydrofilowość, rozmieszczenie ładunku dodatniego, masa molowa), ale także jesteśmy coraz bliżej wyjaśnienia mechanizmu ich działania. Z uwagi na potencjalne zastosowania medyczne, szczególnie interesująca wydaje się weryfikacja hipotezy, że oprócz notowanych w literaturze dość licznych przypadków powierzchniowej dezintegracji membrany bakterii przez polimery, mogą się one wbudowywać w dwuwarstwę lipidową i wykazywać aktywność kanałową. Praca dotyczyć będzie syntezy biblioteki nowych, amfifilowych polikationów, które z dużą dozą prawdopodobieństwa będą zdolne zaburzać gospodarkę jonową bakterii przez wbudowywanie się w błonę komórkową bakterii. Uzyskane polimery posłużą do badań mikrobiologicznych oraz biofizycznych, dzięki którym będzie możliwe powiązanie elementów struktury polimerów z mechanizmem ich działania.

Proponowana praca obejmuje:

    1. Badania literaturowe.
    2. Synteza i charakterystyka nowych amfifilowych polikationów.

    Opcjonalnie, zależnie od postępu prac:

    1. Badania mikrobiologiczne