تهيه و مشخصه‌يابي داربست كامپوزيتي نانو-ميكرو برپايه پلي‌كاپرولاكتون-كيتوسان-نانولوله‌كربني/ ابريشم در مهندسي بافت غضروف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

دكتري

سايش غضروف مفصلي از رايج‌ترين آسيب‌‌هاي غضروف مفصلي است كه در اثر بيماري، تروما و يا آسيب فيزيكي ايجاد مي‌‌شود. فرايند ترميم غضروف مفصلي، به دليل عدم وجود اعصاب، عروق خوني و لنفي بسيار آهسته است. مهندسي بافت روشي اميدبخش است كه فرايند ترميم و بازسازي بافت را تسهيل مي‌‌كند. در اين مطالعه، ابتدا داربست‌هاي نانوكامپوزيتي بر پايه پلي‌كاپرولاكتون-كيتوسان/نانولوله كربني چندديواره عامل‌دار با گروه كربوكسيل به روش الكتروريسي با مقادير مختلف 0، 5/0 و 1 درصد وزني نانولوله كربني ساخته شدند. همچنين داربست‌هاي نانو-ميكرو با الكتروريسي داربست‌هاي نانوكامپوزيتي بر روي ابريشم عامل‌دار شده ساخته شدند و از نظر مورفولوژي، ساختار شيميايي و كريستالي، آبدوستي، خواص مكانيكي، زيست‌فعالي، زيست تخريب پذيري و رفتار سلولي مورد بررسي قرار گرفتند. در مشخصه‌يابي داربستهاي نانوكامپوزيتي، ارزيابي‌هاي مورفولوژي با تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نشان داد كه داربست حاوي 5/0 درصد نانولوله كربني با ميانگين قطر الياف 15 ± 99 نانومتر، كمترين ميزان ميانگين قطر الياف را با تفاوت آماري قابل‌توجه نسبت به نمونه فاقد نانولوله كربني و نمونه حاوي 1 درصد وزني نانولوله كربني به خود اختصاص داد كه مي‌تواند به دليل هدايت الكتريكي ذاتي نانولوله‌هاي كربني وكشيدگي بيشتر الياف در ميدان الكترومغناطيسي فرايند الكتروريسي باشد. ت با افزايش مقادير نانولوله كربني، زاويه تماس آب كاهش يافت. داربست حاوي 5/0 درصد وزني نانولوله كربني با استحكام كششي 76/6 ± 81/33 مگاپاسكال بالاترين استحكام كششي را با تفاوت قابل‌توجه نسبت به نمونه فاقد نانولوله كربني و نمونه حاوي 1 درصد وزني نانولوله كربني ارائه كرده است. با توجه به نتايج حاصل از ارزيابي مورفولوژي، آبدوستي و مكانيكي، داربست حاوي 5/0 درصد وزني نانولوله كربني به عنوان نمونه بهينه انتخاب گرديد و ساير مراحل مطالعه و آزمون‌ها بر روي اين داربست و نمونه كنترل (داربست پليمري فاقد نانولوله كربني) انجام گرفت. طيف سنجي مادون قرمز (FTIR) برهمكنش ميان اجزاي پليمري و سراميكي را در ساختار كامپوزيت تاييد كرد. آناليز پراش پرتوي ايكس (XRD) نشان داد كه حضور نانولوله كربني به عنوان يك ماده سراميكي در ساختار كامپوزيت مي‌تواند موجب افزايش بلورينگي ساختار شود. نتايج آزمون زيست تخريب پذيري نشان داد داربست حاوي نانولوله كربني با درصد افت وزن كلي % 36/6 نسبت به داربست فاقد نانولوله كربني با درصد افت وزن كلي % 22/10 از پايداري بيشتري برخوردار است. بررسي پاسخ سلولي سلول‌هاي كندروسيت نيز نشان داد كه داربست حاوي نانولوله كربني موجب افزايش فعاليت سلولي و تشكيل ماتريس خارج سلولي شده بر روي سطح داربست شده است؛ همچنين حضور نانولوله كربني عامل‌دار، سلول سازگاري مطلوب تري را نسبت به داربست فاقد نانولوله كربني نشان داد. در مشخصه‌يابي داربست‌هاي نانو-ميكرو، حضور ابريشم عامل‌دار شده يكپارچگي بيشتري در تشكيل نانوالياف بر روي ميكروالياف حين فرايند الكتروريسي در مقايسه با ابريشم خام و آغشته به حدواسط ايجاد كرد. بررسي مورفولوژي از سطح مقطع داربست، اتصال مطلوبي را در فصل مشترك نشان داد. حضور نانولوله كربني باعث كاهش قابل‌توجه زاويه تماس از 7/2±72/79 به 63/5±92/68 شده است. استحكام كششي فيبروئين ابريشم خالص، ابريشم عامل‌دارشده، داربست نانو-ميكرو فاقد نانولوله كربني و داربست نانو-ميكرو حاوي نانولوله كربني به ترتيب 25/39±1/30، 29/93±0/77، 30/66±2/06 و 32/92±2/69 مگاپاسكال است. افزايش برهمكنش‌هاي شيميايي ميان دو فاز موجب بهبود استحكام مكانيكي در حضور نانولوله كربني شده است. حضور نانولوله كربني در داربست نانو-ميكرو موجب افزايش توانايي در جوانه زني رسوبات كلسيم-فسفاتي شده است. حضور ابريشم عامل‌دار باعث كاهش نرخ تخريب تا ميزان نصف داربست‌هاي نانوكامپوزيتي نظير خود در اين مطالعه شده است. همچنين نانولوله كربني با استحكام ذاتي بالا و افزايش برهمكنش‌هاي پوشش نانو با بافت نيتد موجب بهبود پايداري فيزيولوژيكي داربست نانو-ميكرو حاوي نانولوله كربني در فرآيند تخريب شده است. افزايش مقادير گروه‌هاي كربوكسيل ناشي از حضور 5/0 درصد وزني نانولوله كربني موجب افزايش قابل‌توجه چسبندگي، رشد و تكثير سلول‌هاي كندروسيت در روز هفتم بر روي داربست نانو-ميكرو حاوي نانولوله كربني شد كه در بررسي مورفولوژي سلولي با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني و رنگ سنجي قابل مشاهده است. با توجه به نتايج بدست‌آمده، داربست نانو-ميكرو بر پايه پلي‌كاپرولاكتون-كيتوسان-نانولوله كربني عامل‌دار/ابريشم عامل‌دارشده مي‌تواند گزينه مناسبي جهت مطالعات تكميلي در حوزه مهندسي بافت غضروف باشد.

216098

مهندسي پزشكي (بيومواد)

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد رفيعي نيا، مهدي مهديخاني، رحمت الله عمادي

مهدي احمديان، سعيد كرباسي