توصيفگر ها :
منيسك , مهندسي بافت , داربست , ساخت افزودني , آگزتيك
چكيده فارسي :
منيسك بافتي فيبرو كارتيلاژ است كه محل قرار گيري آن بر سطح استخوان تيبيا است. منيسك به دليل ساختار بسيار خاص خود، داراي عملكردهاي مختلفي از جمله توزيع بار، جذب شوك و انتقال نيرو است. تاكنون راهكارهايي از قبيل منيسكتومي جزيي و كلي، بخيه و پيوند براي درمان جراحت‌هاي آن استفاده شده‌است كه اين راهكارها پاسخ مناسبي براي درمان جراحت‌ها نبوده‌است. از اين رو به رويكردي جديد براي درمان نياز است. از رويكردهاي جديدي كه مي‌توان براي درمان استفاده نمود توليد داربست‌هاي مهندسي بافت و جايگزيني آن با بافت آسيب ديده است. هدف از پژوهش حاضر طراحي و ساخت داربست منيسك با استفاده از روش ساخت افزودني با هدف تقليد از خواص مكانيكي آن است. فرايند ساخت افزودني يكي از روش‌هاي توليد قطعات به صورت لايه به لايه است. ساخت افزودني با توجه به توانايي‌هاي متفاوتي كه با ساير روش‌هاي ساخت دارد، برخي از محدوديت‌هاي طراح در طراحي قطعات را كنار مي‌گذارد. به همين دليل بسياري از قطعات و يا طرح‌هايي كه در گذشته امكان ساخت آن‌ها وجود نداشت، با اين روش ممكن مي‌شود. در پژوهش حاضر از فرايند ( مدل‌سازي رسوب نشاني ذوبي -FDM ) براي ساخت قطعات استفاده شد. مدول الاسيتك كششي منيسك در جهت محيطي در بازه MPa 300 – 30 و مدول الاستيك فشاري آن در بازه KPa 200 – 90 قرار دارد. با توجه به مقادير ارائه شده طراحي داربست با چنين خواص مكانيكي امري دشوار است. ساختار آگزتيك Re-Entrant براي ساخت داربست منيسك انتخاب شد. به منظور ساخت داربست‌ها از پليمر PLA كه پليمري زيست سازگار، زيست تخريب‌پذير، داراي خواص مكانيكي مطلوب، فرايند آسان و قابل دسترسي است، استفاده شد. به منظور مشخصه‌يابي خواص مكانيكي آن، مطابق با استاندارهاي مربوطه، نمونه‌هاي فشاري و كششي ساخته شدند و تحت آزمون فشار و كشش قرار گرفتند. پژوهش حاضر شامل دو بخش عددي و تجربي است. در بخش تجربي نمونه‌هاي داربست تحت آزمون‌هاي فشار و كشش قرار گرفته و در بخش عددي به شبيه‌سازي المان محدود داربست‌ها پرداخته شد. به منظور صحت سنجي نتايج شبيه‌سازي المان محدود، نتايج آن با نتايج حاصل از حل تحليلي و آزمون‌هاي تجربي مقايسه شد كه نتايج حاصل با يكديگر مطابقت داشتند. در پژوهش حاضر بيشترين مدول الاستيك در فشار محوري MPa 09/1 و در كشش عرضي MPa 88/419 است. پژوهش‌هاي انجام شده تاكنون، به اين نسبت بين مدول الاستيك فشاري و كششي دست نيافته‌اند. پس از انجام فعاليت‌هاي مورد نياز براي كشت سلول و كشت آن روي داربست، داربست‌ها تحت آزمون MTS قرار گرفتند و نتايج بيانگر اين بود كه با گذشت زمان فعاليت متابوليكي سلول‌ها افزايش يافته كه نشان‌دهنده عدم سميت داربست‌ها است. سپس هسته و سيتوپلاسم سلول‌ها رنگ آميزي شدند و از سلول‌هاي كشت شده روي داربست و سلول‌هاي كف ظرف كشت عكس‌برداري شد. نتايج تصوير‌برداري بيانگر يكسان بودن مورفولوژي سلول‌هاي روي داربست و سلول‌هاي كف ظرف كشت است كه به موجب آن داربست پذيراي سلول بوده‌است.
چكيده انگليسي :
The meniscus is a fibro-cartilage tissue that is located on the surface of the tibia. Due to it’s special structure, it has various functions such as load distribution, shock absorption and force transmission. So far, methods such as partial and general meniscectomy, sutures and transplants have been used to treat it’s injuries, but these methods have not been a suitable response for the treatment of injuries. Hence, a new approach to treatment is needed. One of the new approaches that can be used for treatment is the production of tissue engineering scaffolds and replace them with damaged tissueS. The aim of this study is to design and fabricate a meniscus scaffold using Additive manufacturing (AM) approach in order to mimic it’s mechanical properties. AM process is one of the methods of producing parts layer by layer. Due to AM different capabilities over other manufacturing methods, it removes some of the designerʹs limitations in designing parts. For this reason, many parts or designs that could not be built in the past, are now possible to build by this method. In the present study, the FDM process was used to build the parts. The meniscus tensile elastic modulus in the circumferential direction is in the range of 30-300 MPa and its compressive elastic modulus is in the range of 90-200 KPa. According to the given information, design of scaffolds with such mechanical properties is challenging. The Re-entrant auxetic structure was selected for manufacturing the meniscus scaffold. In order to build the scaffolds, PLA polymer was used due to it’s advantages such as biocompatibility, biodegradability, desirable mechanical properties, easy processing and accessibility. In order to characterize the mechanical properties, compression and tensile specimens were made in accordance with D695 and D638 standards and were subjected to compression and tensile tests. The present study consists of two parts: numerical and experimental. In the experimental investigation, the scaffold samples were subjected to compression and tensile tests and in the numerical study, finite element simulation of the scaffolds was performed. In order to validate the finite element simulation results, the results were compared with the results of analytical solution and the results were approved each other. In the present study, the maximum elastic modulus in axial compression is 1.09 MPa and in transverse tension is 419.88 MPa. Previous studies couldn’t provide a similar ratio between compressive and tensile elastic modulus so far. After performing the required activities for cell culture and culture them on the scaffolds, the scaffolds were subjected to MTS test.After cell culture preparations, cell culture were perform on the scaffolds, then the scaffolds were subjected to MTS test and the results showed that the metabolic activity of the cells increased by passing time, indicating the non-toxicity of the scaffolds. The nucleus and cytoplasm of the cells were then stained and the cells cultured on the scaffold and the cells on the bottom of the container were imaged. The imaging results show the morphology of the cells on the scaffold and the cells on the bottom of the dish were the same, which shows that the scaffold was receptive for the cell.
