شماره راهنما :
2087 دكتري
پديد آورنده :
عطاري، مهدي
عنوان :
ساخت و مشخصهيابي داربستهاي سه بعدي پليمري آنتي باكتريال بر پايهي پليگليسرول سباكيت؛ و ارزيابي نرخ كلسيفيكاسيون و پاسخ هاي زيستيآن جهت كاربرد در مهندسي بافت دريچه قلب
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شانزده، 126ص. :مصور، جدول، نمودار،
توصيفگر ها :
مهندسي بافت دريچه قلب , پلي گليسرول سباكيت , داربست پليمري سه بعدي , رهايش دارو , آنتي باكتريال , خون سازگاري , كلسيفيكاسيون
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/05/24
رشته تحصيلي :
مهندسي پزشكي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/05/25
چكيده فارسي :
چكبده :
مهندسي بافت دريچهي قلب (HVTE) يكي از پيشرفتهترين و جديدترين رويكردها براي درمان بيماريهاي پيشرفته دريچهاي قلب است. اين در حالي است كه ساخت و توسعهي يك داربست زيست مقلد مناسب هنوز يك چالش باليني و راهبردي است. لذا هدف اصلي در مطالعهي حاضر، ساخت و مشخصهيابي يك داربست دريچه قلب سه بعدي آنتي باكتريال بر پايه مهندسي بافت جهت رفع محدوديتهاي حال حاضر روش هاي درماني بيماري هاي دريچهاي، پيشگيري از جراحي هاي ثانويه به ويژه در اطفال، اندوكارديت و عفونت در محل جراحي است. به همين منظور، سه پليمر پلي گليسرول سباكيت، پلي كاپرولاكتون و ژلاتين با نسبتهاي (PGS50:PCL40:GLT10) به روش چند مرحلهاي ذوبي تركيب شده و داربست اوليه با استفاده از روش قالبگيري مذاب در يك قالب سه بعدي كه طراحي و ساخته شد؛ توليد شد. در حين ساخت؛ داروي سيپروفلوكساسين(CPFX1%wt) نيز به عنوان مادهي آنتي باكتريال در داربست بارگذاري شد. سطح داربست با لايهاي پوششي از PGS-GLT با استفاده از تكنيك غوطه ور سازي و با كمك ماده EDC-NHS به عنوان عامل ايجاد شبكه هاي عرضي پوشانده شد. داربستهاي ساخته شده حاوي دارو و فاقد دارو كه با يا بدون لايه پوششي بودند مورد ارزيابي خصوصيات فيزيكي-شيميايي، مكانيكي، نرخ كلسيفيكاسيون، مقاومت بخيه پذيري و پاسخ هاي بيولوژيك قرارگرفتتند. آزمون توپوگرافي سطح و ارزيابي هاي مورفولوژيكي داربست نشان داد كه افزودن يك لايه پوششي پليمري به سطح داربست؛ مي تواند به طور قابل توجهي يكپارچگي و همواري سطح را افزايش دهد. همچنين زاويه تماس با آب در نمونهي بدون لايه پوششي حاوي دارو، 18/21 درجه اندازه گيري شد در حالي كه پس از ايجاد لايه پوششي و ايجاد شبكههاي عرضي، ميزان آبدوستي به 73/28 درجه رسيد. استحكام كششي داربست بهينه داراي پوشش 42/3 مگاپاسكال، مدول كششي 13/7 مگاپاسكال، ضريب كشساني 33 درصد و استحكام خمشي 18/5 مگاپاسكال و مدول خمشي 12/3 مگاپاسكال بود كه در برابر مقايسه با داربست فاقد لايه پوششي الاستومري بهبود قابل توجه و معناداري داشتند (05/0 P<). در آزمون مقاومت داربست نسبت به بخيه پذيري در داربست داراي لايه پوششي برابر با 98/6 نيوتن بودكه ازپارگي تحت كشش داربست در حين كاشت در بدن جلوگيري ميكند. نتايج حاصل از ارزيابي نرخ كلسيفيكاسيون؛ مقداركمتري از رسوبكلسيم (µg/mg-135/0 ±12/6) را بر روي سطح داربست سه بعدي با لايه پوششي شبكه عرضي شده در مقايسه با داربست بدون لايه (µg/mg-127/1 ±2/14) نشان داد. در ارزيابي خون سازگاري نيز داربست هاي داراي لايه پوششي شبكه عرضي شده رفتاري غيرمحرك لختهزايي، فاقد چسبندگي پلاكت بالا و عدم ليز گلبولهاي قرمز خون را بروز دادند كه اين خون سازگاري بالا فاكتوري مهم در كارايي دريچه قلب محسوب ميشوند. در ارزيابي فعاليت آنتي باكتريال، داربست داراي لايه پوششي حاوي دارو(بهينه)؛ فعاليت ضد باكتريايي مؤثري را در مقابل هر دو نوع باكتري گرم منفي و گرم مثبت نشان داد. همچنين نتايج رهايش دارو نشان داد كه داربست بهينه مي تواند سيپروفلوكساسين را به تدريج و بطور مداوم براي بيش از 120 ساعت آزاد كند كه در كاهش خطر عفونت حاد دوره بعد از جراحي تعويض و ترميم دريچه قلب بسيار مفيد است. ارزيابي پاسخ سلولي و زيست سازگاري داربست ها با دو نوع ردهي سلولي HUVEC و همچنين فيبروبلاست قلبي انسان(HCF) كه از بافت قلبي انسان جدا گرديد، انجام شد. نتايج حاصل از رنگ آميزي هسته و غشاء سلول به روشHoechst وCalcein-AM و همچنين ارزيابي سميت سلولي به روش Alamar-blue و MTT ؛ نشان داد كه داربست هاي داراي لايه پوششي، علاوه برزنده ماني بيشتر وكاهش سميت سلولي، از شرايط رشد و چسبندگي سلولي بهتري برخوردار هستند. با توجه به نتايج به دست آمده، مطالعهي حاضر از ايدهي ايجاد يك داربست زيست مقلد دريچه قلب سه بعدي آنتي باكتريال و زيست سازگار، و نقش پراهميت لايه پوششي الاستومري در بهبود خواص فيزيكي-مكانيكي؛ كلسيفيكاسيون و خون سازگار بودن آن حمايت نموده و افق هاي روشني را در حيطه ي مهندسي بافت دريچه قلب و جراحي تعويض دريچه قلب به روشكم تهاجمي نمايان مي سازد.
چكيده انگليسي :
Heart valve tissue engineering (HVTE) is one of the most advanced and newest approaches for the treatment of valvular heart diseases. Therefore, the main goal in the present study is to construct and characterize a three-dimensional antibacterial heart valve scaffold based on tissue engineering to solve the current limitations of valvular disease treatment methods. For this purpose, three polyglycerol sebacate polymers, polycaprolactone and gelatin ratios (PGS50:PCL40:GLT10) were combined by a multi-step melting method and the primary scaffold was produced using the melt molding method in a designed three-dimensional mold. During construction; the drug ciprofloxacin (CPFX) was also loaded into the scaffold as an antibacterial agent. The surface of the scaffold was covered with a coating layer of PGS-GLT using immersion technique and with the help of EDC-NHS material as a cross-linking agent. The surface topography test and morphological evaluations of the scaffold showed that adding a bonding coating layer to the surface of the scaffold; It can significantly increase the integrity and smoothness of the surface. Also, the contact angle in the sample without the coating layer containing the drug was measured as 21.18 degrees, while it reached 28.73 degrees after creating the coating layer and hydrophilic cross-links. The tensile strength of the optimal scaffold had a coating of 3.42 MPa, tensile modulus of 7.13 MPa, elasticity coefficient of 33%, and bending strength of 5.18 MPa and a bending modulus of 12.3 MPa, which is a significant improvement compared to the scaffold without a coating layer were significant (P<0.05). Also, the scaffold's resistance to suturing in the scaffold with a cover layer was equal to 6.98 newtons, which prevents the structure from collapsing during implantation in the body. The results of evaluating the calcification rate on the three-dimensional scaffold; showed a lower amount of calcium deposition (6.12 ± 0.35 µg/mg-1) on the surface of the scaffold with cross-linked coating layer compared to the scaffold without coating layer (1.27 ± 2.14 µg/mg-1). In the evaluation of compatible blood, the scaffolds with a cross-linked covering layer showed non-clotting behavior, favorable platelet adhesion and no lysis of red blood cells, which are considered compatible blood. In the evaluation of antibacterial activity, the scaffold with a coating layer containing drug (optimal) showed an effective antibacterial activity against both Gram-negative and Gram-positive bacteria. Also, the drug release results showed that this optimal scaffold can release ciprofloxacin gradually and continuously for more than 120 hours, which is very useful in reducing the risk of infection in the period after heart valve replacement and repair surgery. evaluation of cellular response and biocompatibility of scaffolds was performed with two types of HUVEC cells and human cardiac fibroblast isolated from human cardiac tissue. The results of cell nucleus and cell membrane staining by Hoechst and Calcein-AM methods, as well as evaluation of cytotoxicity by Alamarblue and MTT methods; It showed that scaffolds with coating layer, in addition to reducing cytotoxicity, have better cell growth and adhesion conditions. According to the obtained results, the present study of the idea of creating a 3D antibacterial and biocompatible biomimetic heart valve scaffold, and the important role of the elastomeric coating layer in improving physical-mechanical properties; Calcification and blood compatibility support it and show bright horizons in the field of heart valve tissue engineering and heart valve replacement surgery in a minimally invasive way.
استاد راهنما :
شيدا لباف , شقايق حق جوي جوانمرد
استاد داور :
محمد رفيعي نيا , انوشه زرگر خرازي , منصور جنتي