طراحي ، ساخت و مشخصه يابي داربست هيدروژلي رسانا بر پايه آلژينات تقويت شده با ژلاتين و پلي (3و4 اتيلن دي اكسي تيوفن) : پلي (استايرن سولفونات) به روش چاپ سه بعدي به منظور بررسي كاربرد آن در مهندسي بافت قلب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

كارشناسي ارشد

امروزه نارسايي و سكته قلبي از مهمترين عوامل مرگ و مير در سراسر جهان به شمار مي رود. به دليل پرهزينه بودن جراحي هاي قلب و عروق و عوارض هاي جانبي ، مهندسي بافت قلبي با طراحي و ساخت داربست هاي سه بعدي زيستي رساناي الكتريكي راهكاري نوين براي درمان اين بيماري ارائه كرده است كه در بين تمامي اين سازه ها، داربست هاي هيدروژلي رساناي الكتريكي از اهميت ويژه اي برخوردارند. در اين پژوهش طراحي و ساخت داربست هيدروژلي رسانا بر پايه آلژينات، ژلاتين و پليمر رساناي الكتريكي PEDOT:PSS به روش چاپ سه بعدي اكستروژن مورد مطالعه قرار گرفته و ويژگي هاي فيزيكي، مكانيكي، ساختاري و زيستي آن به منظور بررسي كاربرد آن در مهندسي بافت قلبي مورد ارزيابي قرار گرفته است0. براي ساخت اين سازه ها، ابتدا محلول هايي با غلظت 4% وزني از آلژينات و آلژينات/ژلاتين با تركيب درصد هاي 9 به 1، 8 به 2، 7 به 3 و 4 به 6 در PBS در دماي 55 درجه سانتي گراد ساخته شدند. سپس با قرار دادن در پمپ سرنگي متصل به چاپگر سه بعدي از نوع FDM، به كمك يك سوزن دو جداره با قطر بيروني 460 و قطر داخلي 230ميكرون به عنوان نازل كه از سوزن داخلي ژل پليمر كه با محلول 0.5% درصد وزني كلسيم كلريد مخلوط شده با نرخ 25 ميكروليتر بر دقيقه و از قسمت بيروني محلول كلسيم كلريد با غلظت 1% با نرخ 5 ميكروليتر بر دقيقه خارج مي شد، عمليات چاپ سه بعدي صورت گرفت. سازه هاي نهايي به شكل مشبك با ابعاد 10 در 10 ميلي متر و ضخامت 600 ميكرون با فاصله بين رشته اي 2ميلي متر با غوطه وري در حمام كلسيم كلريد با غلظت 2% وزني ساخته شد. از بررسي هاي مكانيكي و ديناميكي، مشخص شد كه نمونه هيدروژلي با تركيب درصد وزني آلژينات به ژلاتين 9 به1(AG-10%) بهترين نمونه بوده كه مدول يانگ آن برابر با 2/62 مگا پاسكال، ازدياد طول در نقطه شكست برابر با 546/59% ، مدول ذخيره و اتلافي در فركانس 1 هرتز به ترتيب برابر با 3/13 و 25/2 كيلوپاسكال بدست آمد. سازه نهايي (AGP) با افزودن 5/0% وزني PEDOT:PSS به ماتريس ژلي نمونه AG-10% و انجام مجدد فرآيند چاپ سه بعدي ساخته شد كه پس از بررسي هاي خواص مكانيكي و ديناميكي، مدول يانگ برابر با 8/65 مگا پاسكال، ازدياد طول در نقطه شكست 567/39%، مدول ذخيره و اتلافي در فركانس 1 هرتز به ترتيب برابر با 17، 68/4 كيلوپاسكال بدست آمد كه حاكي از افزايش خواص ديناميكي و رئولوژيكي مي باشد. بررسي هاي طيف سنجي FTIR وجود هر سه ماده و به وجود آمدن برهم كنش هاي الكترواستاتيك بين آنها را تاييد كرد. هم چنين از آناليز FESEM نيز مشاهده گرديد كه قطر تخلخل ها با افزوده شدن ژلاتين و در نهايت پليمر رسانا به ماتريس آلژينات كاهش و ميزان آنها افزايش يافته است. ميزان تورم هيدروژل هاي آلژينات، AG-10% و AGP با غوطه ور ساختن در آب مقطر به ترتيب پس از گذشت 24 ساعت برابر با 754، 811 و 617 درصد بودند. هم چنين، ارزيابي زيست تخريب پذيري برون تني هيدروژل هاي مورد نظر با غوطه وري در محلول PBS در دماي 37 درجه سانتي گراد نشان داد كه در روز هفتم هيدروژل AGP 68% ، هيدروژل AG-10% 78% و هيدروژل آلژينات 71% از وزن خود را از دست داده بودند. در مرحله بعدي، سلول هاي كارديوميوسيت استخراج شده از جنين 18 روزه موش بر سازه هاي هيدروژلي كاشته شدند و مشخصه يابي هاي سلولي پس از گذشت 7 روز صورت گرفت. نتايج FESEM نشان دادند كه چسبندگي سلولي در هيدروژل AGP به بيشترين ميزان و در هيدروژل آلژينات به كمترين ميزان ممكن بود. هم چنين با بررسي آزمون MTT مشاهده شد كه افزودن 0.5% وزني از پليمر PEDOT:PSS به ماتريس آلژينات/ژلاتين باعث افزايش ميزان تراكم سلولي در نمونه رسانا به بالاترين ميزان خود نسبت به گروه كنترل در روز هفتم شده است. از طرفي ديگر، آزمون Live dead نشان داد كه هيچ گونه مرگ سلولي مشاهده نشده است كه اين امر نشان دهنده قابليت اين سازه ها براي فراهم سازي مهاجرت و نفوذ سلولي به بافت مي باشد. به منظور بررسي تمايز و بيان ژن سلول هاي قلبي كشت شده بر روي داربست ها نسبت به 3 آنتي بادي مهم قلبي مانند GATA-4 ، Connexin-43 و Troponin T ، آزمون Real time-PCR و ICC به كار گرفته شدند كه نتايج نشان دادكارديوميوسيت هاي كشت شده بر روي هيدروژل AGP نسبت به دو داربست ديگر يك بيان معني دار و بيشتري از ژن هاي مورد بررسي نسبت به گروه كنترل داشتند. نتايج آزمون ICC هم نتايج Real time را تاييد كرد و ميزان بيان ژن Connexin-43 براي داربست رسانا نسبت به آلژينات 64% افزايش و ميزان بيان ژن Troponin T براي اين داربست نسبت به آلژينات 75% افزايش داشته است. با توجه نتايج به دست آمده از اين پايان نامه، مي توان گفت كه داربست رساناي الكتريكي ساخته شده يك سازه مطلوب و كارآمد در مهندسي بافت قلبي تلقي مي شود.

211714

فرآورش

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

حسين احمدي تفتي

افسانه فخار، شيدا لباف

طيبه بهزاد، محمدعادل غياث