توصيفگر ها :
مهندسي بافت استخوان , داربست نانو كامپوزيتي , پلي كاپرولاكتون , بيو سراميك اكرمانيت , چاپ سه بعدي
چكيده فارسي :
هدف مهندسي بافت دستيابي به عملكرد بيولوژيكي و مكانيكي بهينه براي بازسازي بافت معيوب استخوان است. روش چاپ سه بعدي امكان ايجاد اشكال پيچيده را از طريق فرآيند لايه به لايه فراهم مي كند. در اين راستا، پليمرها به دليل قابليت پردازش و زيست سازگاري عالي، به طور گسترده اي براي ساخت داربست هاي متخلخل سه بعدي مورد استفاده قرار گرفته اند. ادغام بيو سراميك ها در زمينه پليمري به دليل اثر تقويتي و تأثير شگفت‌انگيز آن‌ها بر خواص بيولوژيكي داربست‌هاي متخلخل سه بعدي مبتني بر پليمر، از جمله قابليت زنده‌ماني سلولي، خواص استخوان‌زايي، رگ‌زايي و ضد باكتريايي مفيد است. بنابراين در اين مطالعه ابتدا نانو ذرات بيوسراميك اكرمانيت به روش سل-ژل سنتز شد و هم چنين داربست هاي چاپ سه بعدي پلي كاپرولاكتون حاوي درصد هاي مختلف (0، 15، 30 و 60 درصد وزني) از نانوذرات اكرمانيت به روش ربوكستينگ تهيه شد. به منظور بررسي هاي عنصري و فاز شناسي، گروه هاي عاملي، مورفولوژي و ريزساختاري به ترتيب از پراش پرتوي ايكس، طيف سنجي مادون قرمز و ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده گرديد. بر اساس نتايج حاصل فاز ناخالص در پودر اكرمانيت سنتز شده وجود ندارد و تمام باندهاي ساختاري مشخصه مربوط به پلي كاپرولاكتون و اكرمانيت نشان داد كه در كامپوزيت پليمري-بيوسراميك به خوبي تركيب شده اند. درصد تخلخل از25/1±81/59 براي داربست پلي كاپرولاكتون خالص به 51/2±17/72 درصد براي داربست پلي كاپرولاكتون- 60 درصد وزني اكرمانيت افزايش يافت. زاويه ي ترشوندگي براي داربست پلي كاپرولاكتون خالص03/1±31/102 درجه و براي داربست پلي كاپرولاكتون-60 درصد وزني اكرمانيت به 84/1±71/65 درجه كاهش يافت وگزارش شد كه افزودن اكرمانيت در زمينه پليمري ترشوندگي داربست را افزايش مي دهد. طبق آزمون خواص مكانيكي افزودن 60 درصد وزني نانوذرات اكرمانيت به داربست پلي كاپرولاكتون منجر به افزايش استحكام فشاري (از27/0±21/6 به37/0±24/28 مگاپاسكال) و استحكام تسليم از(14/0±92/1 به 91/2±27/5 مگاپاسكال) شد و داربست حاوي 60 درصد وزني اكرمانيت به عنوان نمونه ي بهينه انتخاب گرديد. نتايج آزمون تخريب پذيري نمونه هاي داربست كامپوزيتي در محلول بافر فسفات به مدت 28 روز ، افزايش نرخ تخريب پذيري براي داربست هاي حاوي اكرمانيت را نشان داد. تشكيل لايه ي آپاتيت سطحي در محلول شبيه سازي شده بدن در مدت 28 روز غوطه وري تاييد و نشان داده شد كه ميزان رسوبات تشكيل شده با درصد اكرمانيت در زمينه پلي كاپرولاكتون رابطه ي مستقيم دارد. آزمون MTT عدم سميت داربست كامپوزيتي حاوي 60 درصد اكرمانيت را تاييد و چسبندگي سلولي MG63 به ميزان بيشتر براي داربست مذكور نسبت به داربست پلي كاپرولاكتون خالص گزارش شد. طبق نتايج و بررسي هاي انجام شده، داربست چاپ سه بعدي پلي كاپرولاكتون-60 درصد وزني اكرمانيت تهيه شده به روش روبوكستينگ از نظر عملكرد درخواص مكانيكي و بيولوژيكي به عنوان نمونه ي بهينه جهت كاربرد در مهندسي بافت استخواني پيشنهاد شد.
چكيده انگليسي :
Bone tissue engineering has been continuously developing since the concept of "tissue engineering" was first introduced. Bone repair has many challenges, but bone tissue engineering is the most appropriate technique to repair bone defects with biocompatible materials. The goal of tissue engineering is to achieve optimal biological and mechanical performance for tissue regeneration, and scaffolds act as a substrate for cell attachment, proliferation, and vascular ingrowth. In recent years, 3D printing has been used to make tissue engineering scaffolds. This method allows the creation of complex shapes through a layer-by-layer process. In this regard, polymers have been widely used for the construction of 3D porous scaffolds due to their excellent processability and biocompatibility. Incorporation of bioceramics into the polymer matrix is beneficial due to their reinforcing effect and significant impact on the biological properties of polymer-based 3D porous scaffolds, including cell viability, osteogenic, angiogenic, and antibacterial properties. Therefore, in this study, bioceramic akermanite nanoparticles were first synthesized by sol-gel method, and polycaprolactone 3D printed scaffolds containing different percentages (0, 15, 30, and 60% by weight) of akermanite nanoparticles were prepared by robocasting method. X-ray diffraction, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy were used for elemental and phase analysis, functional groups, morphology and microstructure, respectively. Based on the results, there is no impurity phase in the synthesized akermanite powder, and all characteristic structural bands related to polycaprolactone and akermanite showed that they are well combined in the polymer-bioceramic composite. The percentage of porosity increased from 59.81±1.25% for the pure polycaprolactone scaffold to 72.17±2.51% for the polycaprolactone-60 wt% akermanite scaffold. The wetting angle for the pure polycaprolactone scaffold was 102.31±1.03 degrees and for the polycaprolactone-60 weight percentage akermanite scaffold was reduced to 65.71±1.84 degrees and it was reported that the addition of akermanite in the polymer matrix increases the wetting of the scaffold. According to the mechanical properties test, adding 60% by weight of akermanite nanoparticles to the polycaprolactone scaffold led to an increase in compressive strength (from 6.21±0.27 to 28.24±0.37 MPa) and yield strength from (1.92±0.14 to 5.27±2.91 MPa) and the scaffold containing 60% by weight of akermanite was selected as the optimal sample. The results of the degradability test of composite scaffold samples in phosphate buffer solution for 28 days showed an increase in the degradability rate for scaffolds containing akermanite. The formation of the surface apatite layer in the simulated body fluid during 28 days of immersion was confirmed and it was shown that the amount of apatite formed has a direct relationship with the percentage of akermanite in the polycaprolactone matrix. The MTT assay confirmed the non-toxicity of the composite scaffold containing 60% of akermanite and MG-63 cell adhesion was reported to be higher for the polycaprolactone-60 weight percentage akermanite scaffold than for the pure polycaprolactone scaffold. According to the results and investigations, the polycaprolactone-60 weight percentage akermanite 3D printed scaffold prepared by robocasting method was suggested as an optimal sample for use in bone tissue engineering in terms of performance in mechanical and biological properties.
