Zwirchmayr, N. S. (2014). Synthesis of segmented linear thermoplastic urethane elastomers for electrospinning of vascular grafts [Master Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/80076
Tissue engineering von Gefäßersatzmaterialien bietet Therapielösungen für verschiedene Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems. Diese Erkrankungen sind die Haupttodesursache in der westlichen Welt. Die bisher verwendeten Materialien für Gefäßprothesen kleiner Durchmesser, unter ihnen PTFE und Dacron, haben oft unerwünschte Nebeneffekte wie die Bildung von Thrombosen. Ursache dafür sind Unterschiede der unter anderem mechanischen Eigenschaften der Prothese und des menschlichen Blutgefäßes. Thermoplastische Urethanelastomere (TPU) sind ein innovativer Ansatz, um diese Nebeneffekte zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Durch ihren segmentierten Aufbau können sie an die jeweilige Anwendung leicht angepasst werden. Ihre chemischen, mechanischen und biologischen Eigenschaften sind so leicht veränderbar. Unter ihren Segmenten versteht man im Allgemeinen den Soft Block und den Hard Block. Ersterer, der Soft Block, besteht aus einem Macrodiol. Der Hard Block ist aus einem Diisocyanat und dem sogenannten Chain Extender aufgebaut. Bei diesem handelt es sich um ein Diol von niedrigem Molekulargewicht. Üblicherweise verfügen TPUs über Bioabbaubarkeit durch den Abbau funktioneller Gruppen im Soft Block. Der Schwerpunkt dieser Arbeit wurde auf das Erreichen von Soft- und Hard Block-Abbaubarkeit gelegt im als Gefäßersatzmaterial nutzbaren TPU. Dazu müssen ausreichende mechanische Stabilität und die Bildung von unschädlichen Abbauprodukten vorliegen. Besonderer Augenmerk wurde auf raschere Bioabbaubarkeit im Vergleich zu den Vorgängermaterialien gelegt. Übermäßiges entstehen von sauren Abbauprodukten sollte dabei vermieden werden, da diese zu entzündlichen Reaktionen des umgebenden Gewebes führen können.[1] Als Hard Block Bestandteile wurden das bereits bekannte Hexamethylendiisocyanat (HMDI) und die Chain Extender Bis(2-hydroxyethyl)terephthalat (DET/BHET) und Bis(3-hydroxypropyl)carbonat (BHPC) verwendet. Das Ziel der Soft Block Synthese war ein Poly(ethercarbonat). Die Ethergruppen dieses Polymers erhöhen die Hydrophilie und somit die Wasseraufnahme, was letztendlich zu schnellerem hydrolytischen Abbau führt. Die in der Polymerkette präsenten Carbonatgruppen sind enzymatisch ohne Entstehung von sauren Abbauprodukten spaltbar. Die hergestellten Materialien wurden auf ihre Mechanik und in vitro auf ihre Abbaugeschwindigkeit getestet.
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Tissue engineering of vascular grafts is offering solutions for the therapies of various diseases of the cardiovascular systems. These diseases are the leading cause of mortality in all western countries. The use of many of the common materials for small diameter vascular grafts, among them PTFE and Dacron, is often accompanied by thrombosis due to compliance mismatch. Thermoplastic polyurethane elastomers (TPUs) are an innovative approach to overcome these problems. Their segmented structure allows adapting the used building blocks according to application. Their chemical, mechanical and biological characteristics and behaviour are therefore easily interchangeable. Depending on the building blocks used, they can be biocompatible and biodegradable, with degradability rates matching the growth rate of native tissue. Their segments are divided into the soft and hard block. The first block, the soft block, is consisting of a macro diol. As hard blocks, diisocyanates in combination with a small molecular weight diol, the so called chain extender, are used. Usually, degradability originates from degradable moieties in the soft block, for example when polyesters or polycarbonates are used. The emphasis of this work was on synthesising a TPU that offers soft and hard block degradability. The material was supposed to be suitable for vascular tissue engineering applications, offering mechanical support and non-toxic biodegradation products. In terms of biodegradation, the focus was on offering faster degradation than previously synthesised materials and degradation without the formation of acidic by-products. An excess of these acidic degradation products, usually resulting from ester moieties in one of the building blocks, causes inflammations of the surrounding tissue.[1] As hard block components, the known hexamethylene diisocyanate (HMDI) and the chain extenders bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (DET/BHET) and bis(3-hydroxypropyl) carbonate (BHPC) were used. As a soft block, the goal was the synthesis of a poly(ether carbonate). Such a polymer would offer ether groups and carbonate moieties. The ether groups increase hydrophilicity, possible increasing in vivo degradation through increased water intake, while the carbonate groups offer enzymatic degradability without the formation of acidic by-products. The synthesised TPUs were tested mechanically and their degradation was tested in vitro.
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