توصيفگر ها :
مهندسي بافت استخوان , داربست , پلي كاپرولاكتون , هاردستونيت , چاپ سه بعدي
چكيده فارسي :
ترميم نقايص استخواني ايجاد شده به دلايل مختلف با اندازه بحراني، هم¬چنان يك چالش باليني اساسي است كه به پيوند استخوان يا مواد جايگزين استخوان نياز دارد. مهندسي بافت استخوان يك زمينه مطالعاتي در حال رشد است كه بر روي توليد داربست¬هاي سه¬بعدي براي كاشت در محل نقص استخوان به منظور شكل¬گيري سه¬بعدي بافت¬هاي استخوان، متمركز است. امروزه فناوري چاپ سه¬بعدي جهت توليد داربست¬هاي سه¬بعدي با قابليت تكرار¬پذيري و كنترل ساختار در حال گسترش است. در سال¬هاي اخير، كامپوزيت¬هاي پليمر-سراميك به دليل تشابه با بافت طبيعي استخوان به عنوان جايگزين بافت¬هاي استخواني آسيب¬ديده بسيار مورد توجه بوده است. بنابراين، هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه¬يابي داربست كامپوزيتي پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت به روش لايه¬نشاني مذاب توسط پرينت سه¬بعدي براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان است. در اين راستا، ابتدا ذرات هاردستونيت با استفاده از روش سل ژل ساخته شد. سپس داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت با درصدهاي مختلف هاردستونيت (0، 10، 20 و 30 درصد وزني) با روش چاپ سه¬بعدي مدل¬سازي رسوب ذوب شده (FDM) تهيه شدند. مشخصه¬يابي پودر هاردستونيت با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، پراش پرتو ايكس(XRD) و پراكندگي نور ديناميكي (DLS) انجام شد. به منظور تأييد حضور فازهاي مطلوب در تركيب داربست¬هاي مورد مطالعه از آزمون پراش پرتو ايكس و به منظور بررسي شكل و توزيع تخلخل¬ها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد. براي بررسي ميزان آبدوستي داربست¬ها از دستگاه اندازه¬گيري زاويه تماس آب استفاده شد. خواص مكانيكي فشاري با انجام آزمون فشار تك محوره انجام شد. قابليت تشكيل آپاتيت شبه¬استخواني با غوطه¬ور كردن داربست¬ها به مدت 28 روز در محلول شبيه¬سازي شده بدن و ميزان زيست¬تخريب-پذيري با غوطه¬ور كردن داربست¬ها به مدت 28 روز در محلول بافر فسفات سالين مورد ارزيابي قرار گرفتند. زنده¬ماني سلولي، تكثير و چسبندگي سلول¬ها و عدم سميت داربست¬هاي PCL خالص و داربست بهينه با انجام آزمون MTT تشخيص داده شد. اندازه منافذ براي داربست¬ها از 394 تا 564 ميكرومتر و قطر پايه¬ها از 351 تا 517 ميكرومتر متغير بود. درصد تخلخل داربست¬ها با افزايش درصد هاردستونيت از 56 درصد براي داربست پلي¬كاپرولاكتون خالص به 66 درصد براي داربست حاوي 20 درصد وزني هاردستونيت، افزايش يافت. نتايج زاويه تماس آب، كاهش زاويه تماس آب از 75 درجه به 59 درجه را با افزايش محتواي هاردستونيت نشان داد، كه بيانگر بهبود آبدوستي داربست¬ها با افزودن ذرات هاردستونيت به زمينه پلي¬كاپرولاكتون است. نتايج آزمون مكانيكي فشاري نشان داد، با افزايش محتواي هاردستونيت استحكام فشاري داربست از 8 مگاپاسكال به 3/19 مگاپاسكال افزايش يافت و در داربست حاوي 30 درصد وزني هاردستونيت به 18 مگاپسكال رسيد. ضريب كشساني نيز به دنبال همان روند افزايش استحكام فشاري، از 19 مگاپاسكال به 76 مگاپاسكال افزايش و سپس براي داربست حاوي 30 درصد وزني هاردستونيت به 24 مگاپاسكال رسيد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي بعد از قرارگيري در محلول شبيه¬سازي شده خون حاكي از افزايش قابليت تشكيل لايه آپاتيت شبه¬استخواني بر روي سطح داربست¬هاي كامپوزيتي نسبت به داربست پلي¬كاپرولاكتون خالص بود. نرخ كاهش وزن داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت با درصدهاي 0، 10، 20 و 30 درصد وزني پس از 28 روز غوطه¬وري به ترتيب 2/2، 1/5، 7/5 و 2/5 درصد به دست آمد. نتايج، افزايش ميزان زيست¬تخريب¬پذيري داربست¬هاي حاوي هاردستونيت را نسبت به داربست پلي¬كاپرولاكتون خالص، نشان داد. هم¬چنين، نتايج حاصل از زيست¬سازگاري سلولي توسط آزمون MTT نشان داد، با افزودن 20 درصد وزني هاردستونيت زنده¬ماني سلولي به بيش از 95 درصد پس از يك روز كشت در برابر سلول¬هاي استئوبلاست (MG63) رسيد، كه بيانگر عدم سميت داربست موردنظر است. هم¬چنين نتايج چسبندگي سلولي حاكي از آن است كه افزودن 20 درصد وزني هاردستونيت باعث افزايش تعدد سلولي و اتصال و چسبندگي سلول¬هاي استئوبلاست شده است. بر اساس نتايج، به نظر مي¬رسد چاپ سه¬بعدي داربست پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت حاوي 20 درصد وزني هاردستونيت گزينه مناسبي جهت كاربرد در مهندسي بافت استخوان باشد.
چكيده انگليسي :
Critical size bone defect caused by various reasons repairing is still a major clinical challenge and requires bone grafts or bone substitutes. In recent year, polymer-cermic composits have been of great interest as replacements for damaged bone tissues due to their similarity with the natural bone tissue. Therefore, the aim of the current research, is to fabrication and characteriztion of Polycaprolactone-Hardystonite composite scaffold by melt layering method by 3D printing bone tissue engineering applictions. In this regard, first hardystonite particles were made by sol-gel method. Then, poly-caprolactone-hardystonite scaffolds with different percentages of hardystonite (0, 10, 20 and 30% weight) were prepared by 3D printing by fused deposition modeling (FDM). In order to confirm the presence of desired phases in the composition of the studied scaffolds, X-ray diffraction test was used and scanning electron microscope (SEM) was used to check the shape and distribution of porosity. A water contact angle measuring device was used to check the level of hydrophilicity of the scaffolds. Compressive mechanical properties were performed by performing a uniaxial compression test. The ability to form bone-like apatite by immersing the scaffolds in simulated blood solution for 28 days and the biodegradability rate by immersing the scaffolds in phosphate buffered saline solution for 28 days. were evaluated.cell viability, cell proliferation, adhesion and non-toxicity of pure PCL scaffolds and optimal scaffolds were determined by MTT test. The pore size of scaffolds varied from 394 to 564 micrometers and the diameter struts varied from 351 to 517 micrometers. The percentage of porosity scaffolds increased with the increase of hardystonite percentage from 56% for pure polycaprolactone scaffold to 66% for scaffold containing 20% weight of harydstonite. The results of the water contact angle showed a decrease in the water contact angle from 75° to 59° with the increase of hardstonite content, which indicates the improvement of the hydrophilicity of the scaffolds by adding hardstonite particles to poly-caprolactone. The results of the compressive mechanical test showed that with the increase of hardstonite content, the compressive strength of the scaffold increased from 8 MPa to 19.33 MPa and reached 18 MPa in the scaffold containing 30% by weight of hardstonite. The elasticity coefficient also increased from 19 MPa to 76 MPa following the same process of increasing the compressive strength, and then reached 24 MPa for the scaffold containing 30% by weight of hardstonite. The scanning electron microscope images after being placed in the simulated blood solution showed an increase in the ability to form a bone-like apatite layer on the surface of the composite scaffolds compared to the pure polycaprolactone scaffold. The degradability rate of poly-caprolactone-hardystonite scaffolds with percentages of 0, 10, 20 and 30% by weight were 2.16, 5.12, 5.66 and 5.4%, respectively. The results showed an increase in the degradability of scaffolds containing hardystonite compared to pure polycaprolactone scaffolds. Also, the results of cell biocompatibility by MTT test showed that by adding 20% hardystonite, the cell viability reached more than 95% after one day of cultivation against osteoblast cells (MG63), which indicates the absence of The toxicity of the scaffold is desired. Also, the results of cell adhesion indicate that the addition of 20% hardystonite has increased the number of cells and the connection and adhesion of osteoblast cells. Based on the results, it seems that 3D printing of poly-caprolactone-hardystonite scaffold containing 20% of hardystonite is a suitable option for use in bone tissue engineering.