ÚVOD: BIOMATERIÁLY A BIOMEDICINÁLNÍ POLYMERY ? DŮVODY STUDIA, CÍLE A MOŽNOSTI

* Fyzikální formy a vlastnosti polymerních biomateriálů.

Vymezení pojmů (biopolymery, bioanalogické polymery, biodegradovatelné polymery, biomateriály, biomedicinální polymery). Polymery biologického původu (biopolymery) vs. polymery syntetické - srovnání charakteristických vlastností, společné znaky a typické rozdíly.

Polymery: pevné vs. rozpustné - hydrofobní vs. hydrofilní - rozpustné vs. síťované gely - polymerní koloidní částice - erodující- biodegradovatelné - metabolizovatelné.

Základní molekulární a fyzikální parametry potřebné k charakterizaci polymerů a polymerních materiálů v uvedeném kontextu.

POLYMERNÍ BIOMATERIÁLY: STRUKTURA, PŘÍPRAVA A VLASTNOSTI

* Biopolymery

Nejvýznamnějších zástupci jednotlivých typů biopolymerů. Proteiny (albuminy, kolagen, elastin, fibrin, fibroin); Polysacharidy ( škrob, dextran, celulóza, kys. hyaluronová, manan, inulin,); Nukleové kyseliny (DNA, RNA, syntetické polynukleotidy).

Původ (zdroje); biosyntéza; struktura (primární, sekundární, terciární, kvartérní); vztahy mezi strukturou biopolymeru a jeho charakteristickými vlastnostmi.

* Syntetické polymery

Polymery tvořené výhradně uhlíkovým řetězcem (polyolefiny, vinylické polymery, poly-(meth)akryláty a poly(meth)akrylamidy).

Polymery s heteroatomy v řetězci (polyethery, polyurethany, polyamidy, polyfosfazeny, aj.)

* (Bio)degradovatelné a bioanalogické polymery.

Alifatické polyestery (PLA,PGA, PCL); polyhydroxyalkanoáty (PHB, PHV, PHBV); poly(aminokyseliny), polydepsipeptidy.

* Polymer-modifikační reakce

Příprava konjugátů polymerů s biologicky aktivními látkami.

POLYMERY A BIOLOGICKÉ PROSTŘEDÍ

Optimalizace interakce mezi polymerem a biologickým systémem jako klíčová podmínka správné funkce biomateriálů. Charakteristika biologického prostředí; pojem "vnitřní prostředí organismu".

* Kompártmentový model organismu:

Funkce (výsledný efekt) polymeru v organismu jako výsledek jeho přechodů a interakcí na kompártmentových barierách. Struktura a funkce kompártmentových bariér. Mechanismy přechodu makromolekul a koloidních částic přes kompártmentové bariery.

* Nejvýznamnější kompártmentové přechody určující biodistribuci a farmakokinetiku polymerů.

(Rozbor charakteristických příkladů založených na experimentálních datech z literatury). Vliv molekulárních parametrů polymeru na kompartmentové přechody: nespecifické faktory a specifické interakce (hydrodynamický objem, náboj, tvar molekuly, molekulární rozlišení, receptor-ligandové interakce, pasivní vs. aktivní transport). Absorpce makromolekul; oběhová distribuce; prostup cévní stěnou (extravasace); renální exkrece; jiné způsoby eliminace polymeru; souvislosti mezi způsobem aplikace a biodistribucí polymerů.

* Biokompatibilita polymerů.

Srovnání různých pojetí bio-kompatibility; vztah k účelu použití polymerního materiálu; charakteristické projevy reakce organismu; příklady metod používaných pro testování bio-kompatibility.

* Imunitní vlastnosti polymerů.

Vysvětlení základních pojmů; strukturní faktory ovlivňující imunogenicitu polymeru; imunogenicita přírodních a syntetických polymerů; možnosti využití syntetických polymerů při ovlivňování imunitní odpovědi.

* (Bio)degradace polymerů.

Abiotické a biotické mechanismy degradace polymerů; biologické degradace jako enzymaticky katalyzované procesy; typy a mechanismy enzymatických degradací (biologické oxidace, hydrolysa); strukturní předpoklady pro biodegradovatelnost polymeru; metody sledování biodegradace; interpretace údajů získávaných jednotlivými metodami a jejich význam pro použití polymerů jako biomateriálů.

Příklady nejznámějších biodegradovatelných polymerů a role biodegradace při jejich použití.

BIOLOGICKÉ A BIOMEDICINÁLNÍ APLIKACE POLYMERŮ

Charakteristika jednotlivých typů aplikací; typické příklady z literatury; rozbor funkce polymeru v daném systému; výhody a nevýhody; podmínky realizovatelnosti.

* Bioamateriály.

Pomocné a podpůrné materiály; polymery při hojení ran; protetické materiály; dentální materiály.

* Faramaceutické aplikace.

Polymery v lékových formách. Polymerní systémy pro řízené uvolňování léčiv (reservoárové systémy-osmotické pumpy- erozí (rozpustností) řízené systémy - biodegradovatelné systémy - gely - mikrokapsule- nanočástice - polymerní micely - rozpustné polymerní konjugáty). Polymerní léčiva a pomocné látky.

* Diagnostika. Biosensory. Bioreaktory.

PERSPEKTIVY A NOVÉ SMĚRY

* Polymery pro buněčné terapie a regenerace tkání (tkáňové inženýrství).

Biodegradovatelné polymery jako dočasné podpůrné struktury pro tkáňové náhrady (polymer scaffolds).

Strukturní a morfologické požadavky na polymerní materiál.

Interakce na mezifází polymer-tkáň (buňka); role povrchových interakcí; bioaktivní povrchy; topografie povrchu (surface pattern).

Pokročilé metody formování biomateriálů a biospecifických povrchů; "rapid-prototyping" metody; mikrolitografické metody.

* Bioanalogické systémy.

Organisované nadmolekulární struktury. Hybridní systémy - aplikace molekulárního a genového inženýrství.

ZÁVĚREČNÁ A SOUHRNNÁ DISKUSE.