توصيفگر ها :
رسانايي الكتريكي , چاپ سه بعدي , آلژينات/ژلاتين , پلي(3و4 اتيلن دي اكسي تيوفن) : پلي استايرين سولفونات , مهندسي بافت قلب , داربست هيدروژلي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Heart failure and myocardial infarction are considered significant reasons for worldwide mortality in today's world. Thanks to the high-cost heart and vascular surgery and the irreversible side effects, cardiac tissue engineering represented a novel approach by designing and fabricating three-dimensional electro-conductive scaffolds as a treatment for this issue. Hydrogel scaffolds gained remarkable attention thanks to their 3D and highly hydrophilic structure among all the suggested structures. This study focused on fabricating electro-conductive scaffolds hydrogels based on alginate, gelatin, and polyethylene (3,4 dioxythiophene): polystyrene sulphonate PEDOT: PSS via a 3D extrusion printing method. To fabricate these structures, the initial gel solutions with 4 % wt. of alginate and alginate/gelatin with the composition ratio of ( , , , and ) were prepared in DPBS at 55℃. Then, syringes connecting to the FDM 3D printer were filled with the final solutions. Afterward, by utilizing a double-walled needle whose outer diameter is 460 and the inner diameter is 230 microns, the final structure was printed with the grid geometry with the dimension of 10 × 10 mm and thickness of 600 microns with the strand distance of 2 mm. By immersing each 3D printed structure in the calcium chloride bath with a 2 % wt concentration. The mechanical and dynamical analyses revealed that the alginate/gelatin sample with the composition ratio of (AG-10%) exhibited the highest mechanical properties with the young 's modulus of 62.2 MPa, with 59.546% elongation at break. Moreover, storage and loss modulus at 1 Hz were obtained at 13.3 and 2.25 KPa. The final structure ( AGP ) was prepared by adding 0.5 % of PEDOT: PSS to the gel solution of AG-10 % and performing the 3D printing process. The young 's modulus for the AGP was 65.8 MPa, with 39.567% elongation at break, storage, and loss modulus at 1 Hz were 17.7 and 4.68 KPa. FTIR spectroscopy confirmed the presence of all three substances and the presence of electrostatic interactions between them. FESEM analysis also demonstrated that in the final substrate, the diameter of the pores underwent a decrement. Still, an increment in their quantity can be observed when adding gelatin and PEDOT: PSS to the alginate matrix. The swelling ratio for AGP hydrogels was the lowest, about 617%. Furthermore, by immersing the hydrogels in the PBS solution at 37 ° c, the AGP sample lost the least weight, about % 68 %, after 7 days. The cardiomyocytes derived from the 18-day mouse embryo were cultured on the scaffolds putting them under evaluation after 7 days of culture. The FESEM analysis revealed the highest cell adhesion on the AGP sample and the highest cell density clarified by the MTT assay. Also, no cell death was detected on the substrates after 7 days by Live/dead assay. Real-time PCR and ICC analysis results indicated that the AGP hydrogel provides cardiomyocytes with a proper environment to re-establish their electrical interactions by detecting the highest Connexin - 43 and Troponin T gene expression. All the results in this study represent the efficacy and lucrative potential of the fabricated scaffold in cardiac tissue engineering.
