توصيفگر ها :
هاردستونيت , پلي لاكتيك اسيد , داربست , مهندسي بافت استخوان , كامپوزيت , اصلاح سطح
چكيده فارسي :
هر ساله افراد زيادي از اختالل عملكرد اندام يا نارسايي اندام، به دليل بافت آسيب ديده رنج مي برند. استخوان يكي از بافتهايي است كه به علت برخي از آسيبهاي استخواني وسيع امكان ترميم خود به خودي وجود نداشته و نياز به جايگزيني بافت آسيب ديده توسط بافت سالم است. مهندسي بافت در تحقق درمانهاي موفقيت آميز اين بافتهاي از دست رفته به نتايج باليني اميدوار كننده ورضايت بخشي دست پيدا كرده است. هدف اصلي مهندسي بافت استخوان، توليد داربست با شكل، ساختارو و يژگ ي هاي بيولوژيكي و شيميايي مطلوب براي افزايش عملكرد و با زسازي بافتهاي استخواني مي باشد. چالش مهمي كه در ساخت اين داربستها مطرح است طراحي وساخت داربست آن مي باشد. بنابراين داربست بايد چندين معيار طراحي همچون: چسبندگي سلولي، زيست سازگاري، زيست تخريب پذيري و تخلخل كافي را براورده كند. روش چاپ سه بعدي يكي از دقيقترين روشها براي توليد داربستهاي زيستي با ابعاد دلخواه و تخلخل مورد نظر مي باشد. در اين پژوهش پودر هاردستونيت با روش سل ژل، سنتز و براي بهبود خواص پليمر)پلي الكتيك اسيد( استفاده شد. داربستهاي زيستي پلي الكتيك اسيد- هاردستونيت با استفاده از چاپگر سه بعدي ذوبي )FDM ،) با 0 ،10 ،20 و 30 درصد وزني سراميك هاردستونيت توليد شدند. با استفاده از آزمون پراش پرتوي ايكس، بررسي فازهاي مورد نظر در پودر هاردستونيت سنتز شده و داربستهاي چاپ سه بعدي شده انجام شد. براي بررسي ساختار و مورفولوژي پودر و داربستها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي )SEM )و جهت بررسي گروههاي عاملي و ساختار شيميايي داربستهاي چاپ سه بعدي شده، از آزمون طيف سنجي فروسرخ تبديل فوريه )FTIR )استفاده شد. درصد تخلخل داربستهاي زيستي چاپ سه بعدي شده توسط روش ارشميدس مورد مطالعه قرار گرفت. تست فشار بر روي داربستها با هدف بررسي خواص مكانيكي انجام و داربست با درصد بهينه، داربست با 20 درصد وزني سراميك هاردستونيت بود. با استفاده از دستگاه اندازه گيري زاويه تماس با آب، ميزان ترشوندگي كامپوزيتهاي توليد شده، مورد آزمون قرار گرفت. زيست تخريب پذيري داربستها با غوطه وري آن ها در محلول فسفات بافر سالين )PBS )به مدت زمان 1 ،2 ،4 ،6 و 8 هفته در دماي 37 درجه سانتيگراد بررسي شد و تغييرات در pH
و وزن نمونهها، اندازه گيري شد. زيست فعالي نمونهها با غوطه وري آن ها در محلول شبيه سازي بدن )SBF )در مدت زمان 1 ،2و 4 هفته در دماي 37 درجه سانتيگراد مورد آزمون قرار گرفت. مشاهده شكل و مقدار هيدروكسي آپاتيت تشكيل شده بر روي نمونهها، توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي انجام شد. جهت بررسي ميزان رهايش يون كلسيم و فسفر توسط داربستهاي غوطه ور در محلول SBF ، از آزمون پالسماي زوج القايي )ICP )استفاده و pH محلولها اندازه گيري شد. جهت بررسي رفتار سلولي داربستهاي زيستي چاپ سه بعدي شده از سلولهاي 63-MG استفاده شد و تست MTT براي عدم سميت سلولي انجام و چسبندگي سلولي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به فرآيند FDM ،اليه اي از پليمر مذاب سطح ذرات هاردستونيت را پوشانده است لذا جهت بهبود خواص سطح، فرآيند اصالح سطح داربست ها انجام شد. در اين پژوهش داربستهاي زيستي توليد شده از كامپوزيت پلي الكتيك اسيد و هاردستونيت با درصد بهينه سراميك 20 ،%توسط روش هيدروليز قليايي با استفاده از NaOH و اتانول در زمان و دماي مشخص، اصالح و بهبود سطح شدند. پس از انجام اصالح سطحٍ؛ بهبود سطح، افزايش
ترشوندگي، افزايش انرژي سطحي و چسبندگي سلولي بيش از پيش مورد انتظار است. نتايج پژوهش نشان داد كه دركامپوزيت پلي الكتيك اسيد-
هاردستونيت، استحكام فشاري داربست PLA خالص از 1/0 ±9/25 به 1 /2 ± 5/34 مگاپاسكال در داربست HAR%20 PLA افزايش پيدا كرد
و در داربست HAR%30 PLA مقداري كاهش )حدود 10 درصد( ديده شد. همچنين زاويه تماس با آب فيلم نازك PLA خالص1/4 ± 9/71
درجه بوده است كه با افزودن 30 درصد وزني پودر سراميك هاردستونيت زاويه تماس با آب كاهش پيدا كرد و مقدار 1/3 ± 9/57 درجه شد. در
ادامه مشاهده شد كه داربستهاي كامپوزيتي پلي الكتيك اسيد-هاردستونيت داراي عدم سميت، ترشوندگي و چسبندگي سلولي مورد قبولي مي باشد.
پس از انجام اصالح سطح بر روي داربست بهينه 20 درصد وزني سراميك هاردستونيت، زاويه تماس حدود 27 %كاهش و چسبندگي سلولي )بدون
تغيير در خواص مكانيكي(، افزايش پيدا كرد. با توجه به آزمون ها و نتايج به دست آمده، داربست هاي زيستي پلي الكتيك اسيد- هاردستونيت
مي توانند گزينهي مناسبي جهت استفاده در كاربردهاي پزشكي مورد نياز مهندسي بافت باشند.
چكيده انگليسي :
Using X-ray diffraction test, the desired phases were investigated in the synthesized hardstonite powder and 3D printed scaffolds. Scanning electron microscope (SEM) was used to examine the structure and morphology of the powder and scaffolds, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to examine the functional groups and chemical structure of the 3D printed scaffolds. Porosity percentage of 3D printed bioscaffolds was studied by Archimedes method. The pressure test on the scaffolds was performed with the aim of checking the mechanical properties and the optimal percentage of hardstonite ceramic powder was determined. Using a water contact angle measuring device, the wettability of the produced composites was tested. The biodegradability of scaffolds was investigated immersing them in phosphate buffered saline (PBS) for 1, 2, 4, 6, and 8 weeks at 37°C, and the changes in pH and weight of the samples were measured. The bioactivity of the samples was tested by immersing them in body simulating solution (SBF) for 1, 2, and 4 weeks at 37°C. A scanning electron microscope was used to observe the shape and amount of hydroxyapatite formed on the samples. The release rate of calcium and phosphorus ions by the scaffolds immersed in SBF solution was used by the inductively coupled plasma (ICP) test and the pH of the solutions was measured. MG-63 cells were used to investigate the cellular behavior of 3D printed bioscaffolds, and the MTT test was performed for the absence of cytotoxicity, and cell adhesion was studied by scanning electron microscopy. According to the FDM process, a layer of molten polymer covers the surface of the hardstonite particles, so in order to improve the surface properties, the process of modifying the surface of the scaffolds was done. In this research, the bio-scaffolds produced from polylactic acid composite and hardstonite with the optimal percentage of ceramic 20% were modified and surface improved by alkaline hydrolysis method using NaOH and ethanol at specified time and temperature. After the surface modification; Surface improvement, increased wettability, increased surface energy and cell adhesion are expected more than before. The research results showed that in polylactic acid-hardstonite composite, the compressive strength of pure PLA scaffold increased from 25.9±0.1 to 34.5±1.2 MPa in 20%HAR PLA scaffold and in 30%HAR PLA scaffold Some decrease (about 10%) was seen. Also, the water contact angle of the pure PLA thin film was 71.9 ± 4.1 degrees, and with the addition of 30% by weight of hardstonite ceramic powder, the water contact angle decreased to 57.9 ± 3.1 degrees. Further, it was observed that polylactic acid-hardstonite composite scaffolds have non-toxicity, wettability and acceptable cell adhesion. After surface modification on the optimal scaffold with 20% by weight of hardstonite ceramic, the contact angle decreased by about 27% and cell adhesion (without change in mechanical properties) increased. According to the tests and results obtained, polylactic acid-hardstonite bioscaffolds can be a suitable option for use in medical applications that require tissue engineer
