شماره راهنما :
1978 دكتري
پديد آورنده :
ميرموسوي، محمدحسين
عنوان :
تهيه و مشخصهيابي داربست كامپوزيتي نانو-ميكرو برپايه پليكاپرولاكتون-كيتوسان-نانولولهكربني/ ابريشم در مهندسي بافت غضروف
گرايش تحصيلي :
مهندسي پزشكي (بيومواد)
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ك، 93 ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي احمديان، سعيد كرباسي
توصيفگر ها :
داربست نانو-ميكرو , الكتروريسي , نانوالياف , مهندسي بافت غضروف , ابريشم عاملدارشده , نانولوله كربني , پليكاپرولاكتون , كيتوسان
استاد داور :
محمد رفيعي نيا، مهدي مهديخاني، رحمت الله عمادي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/08/30
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/08/30
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Articular cartilage wear is one of the most common cartilage injuries resulting from a number of causes including disease, trauma, or physical injury. Articular cartilage regeneration is a slow healing process due to the inherent vascular nature. Tissue engineering is an innovative approach used to facilitate healing and regeneration process of a natural tissue. In this study, nanocomposite scaffolds based on polycaprolactone (PCL)-chitosan/multi-walled carbon nanotubes Functionalized with carboxyl groups (MWCNTs) were fabricated via electrospinning method containing 0, 0.5 and 1 wt. % of MWCNTs. Nano-micro scaffolds were also fabricated using electrospinning of the nanocomposite scaffolds on the functionalized silk fibroin as substrate and investigated in terms of surface morphology, chemical and crystalline structure, hydrophilicity, mechanical properties, bioactivity, biodegradability and cell behavior. Scanning electron microscope (SEM) showed that the scaffold containing 0.5 w.t % MWCNTs with an average fiber diameter of 99 ± 15 nm possesses the lowest average fiber diameter with a statistically significant difference compared to the scaffold without MWCNTs and the one containing 1wt.% MWCNTs, which can be due to the inherent extraordinary electrical conductivity of MWCNTs. The hydrophilicity of the scaffold containing 1wt. % of MWCNTs with water contact angle of 51.73 ± 5.42 was significantly higher than the scaffold without MWCNTs with contact angle of 67.93 ± 6.59, which can be due to the increase of hydrophilic carboxyl functional groups related to MWCNTs. The scaffold containing 0.5 wt. % MWCNTs with tensile strength of 33.81 ± 6.76 MPa presented the highest tensile strength with significant difference compared to the sample without MWCNTs and the sample containing 1wt. % of MWCNTs. According to the obtained results regarding morphological evaluation as well as hydrophilicity and mechanical properties, the scaffold containing 0.5 wt. % of MWCNTs was selected as the optimal sample, and other studies were performed on this scaffold and the control sample (the scaffold without MWCNTs. Based on the bioactivity evaluation, the presence of MWCNTs increased the crystallinity in the structure of the scaffold containing MWCNTs compared to the scaffold without MWCNTs. As for biodegradability assessments, the scaffold containing MWCNTs with total weight loss of 6.36% is more stable than the scaffold without MWCNTs with total weight loss of 10.22%. The scaffold containing MWCNTs increased cell behavior and the formation of extracellular matrix on the surface of the scaffold. Characterization of nano-micro scaffolds revealed that the presence of functionalized silk led to the formation of more uniform nanofibers on microfibers during the electrospinning process compared to pure silk and the previous method. Examining the cross section morphology of the scaffold showed a favorable connection at the interface. The presence of MWCNTs has significantly reduced the water contact angle from 79.72±2.7 to 68.92±5.63. Tensile strength of pure silk fibroin, functionalized silk, nano-micro scaffold without MWCNTs and nano-micro scaffold containing MWCNTs are 32/92±2/69, 30/66±2/06, 29/93±0/77 and 25/39±1/30 MPa respectively. The increase of chemical interactions between the two phases has improved the mechanical strength due to the presence of MWCNTs. The increase of carboxyl groups due to the presence of 0.5wt. % of MWCNTs caused a significant increase in cell adhesion, growth and proliferation of chondrocyte cells on nano-micro scaffold containing MWCNTs on the 7th day, which can be seen in cell morphological examination using electron microscope and colorimetry. According to the obtained results, the nano-micro scaffold based on PCL/ chitosan/ functionalized MWCNTs/functionalized silk can be a good candidate for additional studies in the field of cartilage tissue engineering.
استاد راهنما :
مهدي احمديان، سعيد كرباسي
استاد داور :
محمد رفيعي نيا، مهدي مهديخاني، رحمت الله عمادي