توصيفگر ها :
پرينت سه بعدي , پليكاپرولاكتون , داربست , ديوپسيد , مهندسي بافت
چكيده فارسي :
استخوان يك بافت پويا و داراي شبكهي عروقي وسيعي است كه حمايت مكانيكي و ساختاري ضروري را براي بدن فراهم ميكند. ترميم نقص استخوان با اندازه بحراني همچنان يك چالش باليني اساسي است و به پيوند استخوان يا مواد جايگزين استخوان نياز دارد. مهندسي بافت استخوان يك زمينه مطالعاتي در حال رشد است كه بر روي توليد داربست براي كاشت در محل نقص استخوان متمركز است. انواع بيومواد و روشهاي ساخت از جمله پرينت سه بعدي، براي ساخت داربستهاي زيست فعال خاص با ساختارهاي كنترل شده براي ترميم عيوب استخواني در پيكربنديهاي پيچيده معرفي شدهاند. امروزه استفاده از روشهاي پرينت سه بعدي جهت توليد داربستهاي مهندسي بافت طراحي شده به وسيلهي رايانه با قابليت تكرارپذيري و كنترل مناسب ساختار در حال گسترش ميباشد. فناوري چاپ سه بعدي به عنوان ابزاري اميدواركننده براي ساخت داربستها با دقت بالا شناخته شده است و ساختارهاي سه بعدي با جزئيات پيچيده را ايجاد ميكند. بنابراين در اين مطالعه داربستهاي پليكاپرولاكتون حاوي مقادير مختلف (0، 20، 35، 50 و 65 درصد وزني) از نانوذرات ديوپسيد به روش پرينت سه بعدي روبوكستينگ تهيه شد. به منظور بررسي ريزساختار، آناليز عنصري، فازشناسي و نيز بررسي گروههاي عاملي به ترتيب از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيفسنجي پراش انرژي پرتو ايكس، پراش پرتو ايكس و طيف سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه استفاده شد. نانوذرات ديوپسيد با خلوص بالا به روش سل-ژل سنتز گرديد. بر اساس نتايج با افزايش مقادير ديوپسيد در داربستهاي نانوكامپوزيتي پرينت شده، زبري سطح افزايش يافت. از طرفي زاويه تماس قطرهي آب از 1/59± 91/81 براي پليكاپرولاكتون به 2/86 ± 47/25 براي داربست پليكاپرولاكتون- 65 درصد وزني ديوپسيد كاهش و درصد تخلخل از 1/63 ± 60/73 درصد براي پليكاپرولاكتون به 3/76 ± 71/96 درصد براي پليكاپرولاكتون- 65 درصد وزني ديوپسيد افزايش يافت. همچنين طبق آزمون خواص مكانيكي، افزودن 50 درصد وزني از نانوذرات ديوپسيد به داربست پليكاپرولاكتون موجب افزايش استحكام فشاري (از 0/14±1 به 0/54±3/27 مگاپاسكال) و مدول الاستيك (از 2/21±11/04 به 3/41±34/45 مگاپاسكال) شد و داربست پرينت شدهي پليكاپرولاكتون -50 درصد وزني ديوپسيد به عنوان نمونهي بهينه انتخاب گرديد. ميزان تخريبپذيري داربستهاي كامپوزيتي در محلول بافر- فسفات سالين براي مدت 28 روز ارزيابي شد و ثابت شد كه با افزايش مقادير نانوذرات ديوپسيد، نرخ تخريبپذيري در اين مدت افزايش يافت. تشكيل لايهي آپاتيت سطحي در محلول شبيه سازي شدهي بدن براي داربستها در مدت 28 روز غوطه وري تاييد و نشان داده شد كه رسوبات آپاتيتي با افزايش مقادير ديوپسيد در نانوكامپوزيت، با تراكم بيشتري روي سطح ظاهر شدند. آزمون MTT عدم سميت داربستهاي پرينت شده را تاييد و چسبندگي سلولي MG63به ميزان بيشتري بر روي سطح داربست پرينت شدهي حاوي 50 در صد وزني ديوپسيد نسبت به پليكاپرولاكتون اتفاق افتاد. بر اساس نتايج بدست آمده در اين مطالعه استفاده از داربست نانوكامپوزيتي پليكاپرولاكتون-50 درصد وزني ديوپسيد ساخته شده به روش پرينت سه بعدي روبوكستينگ جهت كاربرد در مهندسي بافت استخوان پيشنهاد ميشود.
چكيده انگليسي :
Bone is a dynamic tissue with an extensive vascular network that provides the body necessary mechanical and structural support. Critical size bone defect repairing is still a major clinical challenge and requires bone grafts or bone substitutes. Bone tissue engineering is a growing research field that focuses on the production of scaffolds for implantation at bone defects. A variety of biomaterials and fabrication methods, including 3D printing, hav been introduced to fabricate specific bioactive scaffolds with controlled microarchitecture to repair bone defects. Today, the use of 3D printing methods to produce computer aided design tissue engineering scaffolds with the ability to repeat and proper control of the structure is expanding. 3D printing technology is known as a promising tool for fabricating high-precision scaffolds and creating biomimetic 3D structures with complex details. Therefore, in this study, polycaprolactone (PCL) scaffolds containing different amounts (0, 20, 35,50 and 65% wt.) of diopside nanoparticles were prepared by RoboCasting 3D printing method. In order to study the microstructure, elemental and phase analyses and also to study the functional groups, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-Ray analysis (EDS), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were used, respectively. High purity diopside nanoparticles were synthesized by sol-gel method. Based on the results, surface roughness increased with increasing diopside amounts in printed nanocomposite scaffolds. On the other hand, the surface water contact angle was reduced from 91.81± 1.59 for PCL scaffold to 47.25± 2.86 for P-65% Dio scaffold, and the porosity was increased from 60.73% for PCL to71.96% for P-65%Dio. Also, according to the mechanical properties test, adding 50%wt. of diopside nanoparticles to the PCL scaffold increased the compressive strength (from 1 to 3.27 MPa) and the elastic modulus (from11.04 to 34.45MPa), and the 3D-printed P-50%Dio scaffold was selected as the optimal sample. The degradability of 3D-printed nanocomposite scaffolds was evaluated in PBS solution for 28days, and it was proved that increasing the amounts of diopside nanoparticles increased the degradability during this period. The formation of surface apatite layer on nanocomposite scaffolds was confirmed during 28days of immersion in simulated body fluid (SBF), and it was shown that with increasing diopside amounts in the nanocomposite, apatite deposits appeared with higher density on the surface. MTT assay confirmed non-toxicity of the printed scaffolds, and MG63 cell adhesion occurred to a greater extent on the surface of the printed P-50%Dio scaffold than on the PCL. Based on the results obtained in this study, the use of P-50%Dio nanocomposite scaffold made by RoboCasting 3D printing method is recommended for use in bone tissue engineering applications.