توصيفگر ها :
داربست نانوكامپوزيتي , پلي‌لاكتيك اسيد , بيوسراميك آكرمانيت , چاپ سه‌بعدي , مهندسي بافت استخوان , اصلاح سطح قليايي
چكيده فارسي :
ميزان بالاي آسيب‌پذيري بافت‌هاي استخواني در طي عوامل مختلف مانند افزايش سن، تصادفات و بيماري‌ها موجب شده است تا تحقيقات گسترده‌اي در زمينه مهندسي بافت، متوجه بافت‌هاي استخواني گردد كه اساس آن مبتني بر به‌كارگيري داربستها به‌منظور شكل‌گيري سه‌بعدي بافت‌هاي استخوان است. هدف از پژوهش حاضر، تهيه و مشخصه‌يابي داربست زيست‌فعال و زيست‌تخريب‌پذير كامپوزيتي پلي لاكتيك اسيد/آكرمانيت، يافتن ميزان بهينه از افزودن آكرمانيت به داربست زمينه پلي‌لاكتيك اسيد براي كاربردهاي مهندسي بافت استخوان و بررسي تاثيرات اصلاح سطح هيدروليز قليايي بر خواص سطحي داربستها بود. در اين تحقيق نانوپودرهاي بيوسراميك آكرمانيت به روش سل-ژل سنتز شد. همچنين داربست‌هاي كامپوزيتي پلي لاكتيك اسيد-آكرمانيت با 0، 10، 20 و 30 درصد وزني از بيوسراميك آكرمانيت توسط چاپگر سه‌بعدي ذوبي(FDM) توليد و به ترتيب با نام‌هاي PLA، 10 wt%AK، 20 wt%AK و 30 wt%AK مشخص شد. اصلاح سطح شيميايي هيدروليز قليايي با استفاده از تركيب 25/0 مولار محلول آبي سديم هيدروكسيد به همراه اتانول (با حجم برابر) برروي داربست بهينه انجام شد. بررسي‌ها با استفاده از پراش پرتو ايكس (XRD) توليد بيوسراميك آكرمانيت را با روش سنتز تاييد كرد. ميزان ترشوندگي داربستها با افزودن بيوسراميك آكرمانيت بهبود يافت به طوري كه زاويه تماس با آب از o1/1 ± 5/78 در داربست PLA به o1/1 ± 7/65 در داربست 30 wt%AK كاهش يافت. شكل‌گيري هيدروكسي آپاتيت بر سطح داربستها غوطه ور در محلول SBF توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد و نتايج زيست‌فعالي نانوكامپوزيت ساخته شده را تأييد و نشان داد كه با افزايش ميزان آكرمانيت و گذشت زمان، هيدروكسي آپاتيت‌هاي شكل‌گرفته، تكثير و رشد پيدا كردند. غوطه‌وري داربستها در محلول PBS نشان داد كه با افزايش درصد بيوسراميك آكرمانيت در داربست‌هاي تهيه شده، تخريب‌پذيري داربستها افزايش پيدا مي‌كند. نتايج آزمون MTT مربوط به كشت سلول‌هاي استئوبلاست MG-63 بر روي داربستها، عدم سميت سلولي را تأييد كرد. بررسي چسبندگي سلول‌هاي MG-63 با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي بر روي سطح داربستها نشان داد با افزودن بيوسراميك آكرمانيت چسبندگي سلولي در داربستها بهبود يافته‌است. نتايج حاصل از آزمون مكانيكي داربستها نشان داد، استحكام فشاري از MPa 2/8 ± 4/22 در داربست PLA به MPa 1 ± 3/54 در داربست 30 wt%AK افزايش پيدا كرد ولي از سويي ميزان چقرمگي 63 درصد كاهش يافت و داربستها به سمت تردي رفتند كه خاصيتي نامطلوب در داربستها است. نتايج آزمون‌هاي انجام شده، داربست 20 wt%AK را به‌عنوان تركيب بهينه معرفي كرد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه داربست‌هاي نانوكامپوزيتي زيست‌تخريب‌پذير و زيست‌فعال پلي‌لاكتيك‌اسيد/آكرمانيت، مي‌توانند كانديد خوبي براي استفاده در مهندسي بافت استخوان براي بازسازي استخوان و كاربردهاي ارتوپدي باشند. با اين‌حال مشاهده شد كه در اثر چاپ سه‌بعدي داربست‌هاي زمينه پلي‌لاكتيك اسيد بخش زيادي از سطح ذرات آكرمانيت توسط پوشش پليمري پوشانده شده بود. براي رفع اين مشكل و بهبود خواص سطحي، اصلاح سطح شيميايي هيدروليز قليايي برروي داربست بهينه (20 wt%AK) انجام‌شد. بررسي ميزان آب‌دوستي داربستها كاهش 5/42 درصدي زاويه تماس با آب را در اثر اصلاح سطح نشان داد. همچنين چسبندگي سلولي قبل و بعد از اصلاح سطح با ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد كه بهبود چسبندگي در اثر اصلاح سطح هيدروليز قليايي به خوبي قابل مشاهده‌بود. به طور كلي نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهند كه داربست‌هاي كامپوزيتي پلي لاكتيك اسيد/آكرمانيت اصلاح سطح شده مي‌توانند به عنوان مواد مناسب براي ساختارهاي بافتي پيشرفته و كاربردهاي پزشكي استفاده شوند. اين تحقيق مي‌تواند به توسعه فناوري‌هاي پيشرفته در زمينه مهندسي بافت و پزشكي كمك كند و جهت افزايش كيفيت و كارايي درمان‌هاي استخواني مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده انگليسي :
The high degree of vulnerability of bone tissues during various factors such as aging, accidents, and diseases has caused extensive research in the field of tissue engineering to focus on bone tissues, which is based on the use of scaffolds for the three-dimensional formation of bone tissues. The aim of this research was to prepare and characterize the bioactive and biodegradable composite polylactic acid/ackermanite scaffold, to find the optimal amount of adding ackermanite to the polylactic acid matrix scaffold for bone tissue engineering applications and to investigate the effects of alkaline hydrolysis surface modification on the surface properties of the scaffolds. In this research, akermanite bioceramic nanopowders were synthesized by sol-gel method. Also, polylactic acid-ackermanite composite scaffolds with 0, 10, 20, and 30 percent by weight of ackermanite bioceramics were produced by a 3D fusion printer (FDM) and named PLA, 10 wt% AK, 20 wt% AK, and 30 wt% AK, respectively. It was found. The modification of the chemical surface of alkaline hydrolysis was performed using a combination of 0.25 M sodium hydroxide aqueous solution with ethanol (equal volume) on the optimal scaffold. Investigations using X-ray diffraction (XRD) confirmed the production of akermanite bioceramic by synthesis method. The wettability of scaffolds was improved by adding akermanite bioceramic so that the water contact angle decreased from 78.5 ± 1.1 o in PLA scaffold to 65.7 ± 1.1 o in 30 wt% AK scaffold. The formation of hydroxyapatite on the surface of the scaffolds immersed in SBF solution was investigated by scanning electron microscope and confirmed the bioactivity results of the fabricated nanocomposite and showed that with the increase of ackermanite and the passage of time, the formed hydroxyapatites multiplied and grew. Immersion of the scaffolds in PBS solution showed that the degradability of the scaffolds increases with the increase in the percentage of akermanite bioceramic in the prepared scaffolds. The results of the MTT test related to the culture of MG-63 osteoblast cells on the scaffolds confirmed the absence of cytotoxicity. Examining the adhesion of MG-63 cells using a scanning electron microscope on the surface of the scaffolds showed that the addition of akermanite bioceramic improved the cell adhesion in the scaffolds. The results of the mechanical test of the scaffolds showed that the compressive strength increased from 22.4 ± 8.2 MPa in the PLA scaffold to 54.3 ± 1 MPa in the 30 wt% AK scaffold, but on the other hand, the toughness decreased by 63% and the scaffolds They went towards brittleness, which is an undesirable property in scaffolds. The results of the conducted tests showed the 20 wt% AK scaffold as the optimal combination. The results of this research showed that biodegradable and bioactive polylactic acid/ackermanite nanocomposite scaffolds can be a good candidate for use in bone tissue engineering for bone regeneration and orthopedic applications. However, it was observed that as a result of the 3D printing of the polylactic acid scaffolds, a large part of the surface of the ackermanite particles was covered by the polymer coating. To solve this problem and improve the surface properties, the chemical surface modification of alkaline hydrolysis was performed on the optimal scaffold (20 wt%AK). Examining the level of hydrophilicity of scaffolds showed a decrease of 42.5% in the contact angle with water due to surface modification. Also, the cell adhesion before and after the surface modification was checked with a scanning electron microscope, and the improvement of adhesion due to the modification of the alkaline hydrolysis surface was clearly visible.
