توصيفگر ها :
مهندسي بافت استخوان , سرطان استخوان , مكسين , چاپ سهبعدي , فوتوترمال
چكيده فارسي :
سرطان استخوان يكي از شايعترين سرطانها محسوب ميشود كه تاكنون درمان قطعي نداشته است. لذا تحقيقات وسيعي در اين زمينه در حال انجام است. به دليل محدوديتهاي موجود در درمانهاي مرسوم سرطان استخوان كه شامل جراحي، شيميدرماني و پرتودرماني ميباشد، اخيرا روشهاي جديدتر و موثرتري كه درمان موضعي بافت سرطاني را فراهم ميكند پيشنهاد شده است. در شرايطي كه تومور استخواني شديد باشد، ناحيه بايد سريعا تخليه شود و اين براي بيمار ضايعه استخواني ايجاد ميكند. بنابراين توليد داربستهاي سهبعدي مناسب كه در قسمت آسيبديده قرار گيرند و درمان تركيبي را ايجاد نمايند پيشنهاد ميشود. در اين راستا ميتوان از داربست به عنوان چارچوبي جهت هدايت استخوانسازي و رگزايي بهره برد. امروزه، ساخت و تهيه داربستهاي زيستسازگار و زيستتخريبپذير براي جايگزيني و بهبود بافتهاي آسيبديده، توجه پژوهشگران را به خود جلب كرده است. از ميان روشهاي موجود جهت ساخت داربست، چاپ سهبعدي به دليل قابليت توليد اشكال هندسي متفاوت توجه بيشتري را به خود اختصاص داده است. روش چاپ سهبعدي به دليل هزينه كم، دقت بالا و تكرارپذيري بالا نسبت به ساير روشها برتري دارد. هدف اصلي در اين پژوهش ساخت و مشخصهيابي داربست پليمري بر پايه پليكاپرولاكتون (PCL) به همراه مكسين به عنوان عامل فوتوترمال مناسب، به روش پرينت سهبعدي جهت به كارگيري در درمان سرطان استخوان است. بر اين اساس، ابتدا نانوصفحات مكسين با موفقيت به روش اچ انتخابي آلومينيوم در محلول حاوي هيدروكلريك اسيد و ليتيوم فلوريد توليد شده و سپس داربستهاي پليكاپرولاكتون-مكسين با درصدهاي مختلف مكسين (0، 1، 2، 3 و 4 درصد وزني) به روش چاپ سهبعدي مدلسازي رسوب مذاب (FDM) تهيه شدند. مشخصهيابي نانوصفحات مكسين با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) و پراش پرتوايكس (XRD) انجام شد. به منظور تاييد حضور نانوصفحات مكسين در تركيب داربستهاي مورد مطالعه و تجزيه و تحليل كيفي ساختار و پيوندهاي شيميايي، به ترتيب از آزمون پراش پرتوايكس و طيفسنجي فروسرخ تبديل فوريه و جهت بررسي مورفولوژي داربستها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد. براي بررسي ميزان آبدوستي داربستها از دستگاه اندازهگيري زاويه تماس آب استفاده شد. خواص مكانيكي داربستها توسط آزمون فشار تك محوره و ميزان زيستتخريبپذيري با غوطهور كردن داربستها به مدت 28 روز در محلول سالين بافر فسفات انجام شد. زندهماني و عدم سميت داربستهاي تهيه شده نيز با انجام آزمون MTT تشخيص داده شد. نتايج ارزيابي مورفولوژي داربستها، حضور تخلخلهاي متعامد و به هم پيوسته داربستها با اندازه حفرات 665-523 ميكرومتر را تاييد كرد. پس از افزودن به ترتيب 2 و 3 درصد وزني مكسين، درصد تخلخل داربست از 4/1 ± 8/49 به 5/0 ± 6/59 درصد افزايش و زاويه تماس از 7/4 ± 7/93 به 3/1 ± 9/67 درجه كاهش پيدا كرد. نتايج آزمون مكانيكي فشاري نيز افزايش مدول يانگ در داربست حاوي 3 درصد وزني از 08/0 ± 81/0 به 15/0 ± 18/1 مگاپاسكال را نشان داد و توليد داربستهايي با استحكام بالاتر را تاييد كرد. نتايج حاصل از آزمونهاي زيستتخريبپذيري و سميت سلولي نيز به ترتيب افزايش نرخ تخريب و عدم سميت داربستها را به دليل حضور نانوصفحات مكسين در ساختار نشان دادند. با توجه به نتايج حاصل از آزمونهاي مكانيكي، زاويه تماس و زيستتخريبپذيري، داربست حاوي 3 درصد وزني مكسين به عنوان نمونه بهينه انتخاب شد. سپس جهت بررسي خاصيت فوتوترمال نانوصفحات مكسين و تاثير داربستها در درمان سرطان استخوان، داربستهاي حاوي 0، 2 و 3 درصد وزني به مدت 10 دقيقه تحت تابش ليزر مادونقرمز نزديك قرار گرفتند و نتايج افزايش دماي داربستها به ترتيب تا 35، 3/43 و 3/48 درجه سانتيگراد را نشان داد. با توجه به اينكه دماي مورد نياز در درمان تومورهاي استخواني نزديك به 50 درجه سانتيگراد ميباشد، ميتوان نتيجهگيري كرد كه داربست حاوي 3 درصد وزني مكسين، قابليت از بين بردن سلولهاي سرطاني را دارد.
چكيده انگليسي :
Bone cancer is one of the most common cancers that has not yet had a definitive cure. Therefore, extensive research is being conducted in this field. Due to the limitations of conventional bone cancer treatments, which include surgery, chemotherapy, and radiotherapy, newer and more effective methods that provide local treatment of cancerous tissue have recently been proposed. In cases where the bone tumor is severe, the area must be evacuated quickly, which causes bone loss for the patient. Therefore, the production of suitable three-dimensional scaffolds that can be placed in the damaged area and provide combined treatment is proposed. In this regard, scaffolds can be used as a framework to guide bone formation and angiogenesis. Today, the production and preparation of biocompatible and biodegradable scaffolds for replacing and repairing damaged tissues have attracted the attention of researchers. Among the available methods for scaffold fabrication, 3D printing has received more attention due to its ability to produce different geometric shapes. The 3D printing method is superior to other methods due to its low cost, high accuracy, and high repeatability. The main goal of this study is to fabricate and characterize a polymer scaffold based on polycaprolactone (PCL) with MXene as a suitable photothermal agent, using 3D printing to treat bone cancer. Accordingly, MXene nanosheets were first successfully produced by selective aluminum etching in a solution containing hydrochloric acid and lithium fluoride, and then polycaprolactone-MXene scaffolds with different MXene percentages (0, 1, 2, 3, and 4 wt%) were prepared by fused deposition modeling (FDM) 3D printing. The characterization of MXene nanosheets was performed using field emission scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray diffraction (XRD). To confirm the presence of MXene nanosheets in the printed scaffolds and to qualitatively analyze the structure and chemical bonds, Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) confirmed the presence of MXene nanosheets in the scaffolds while scanning electron microscopy (SEM) examined scaffold morphology. A water contact angle measuring device was used to investigate the hydrophilicity of the scaffolds. The mechanical properties of the scaffolds were determined by uniaxial compression testing, and biodegradability was assessed by immersing the scaffolds in a phosphate-buffered saline solution for 28 days. The viability and non-toxicity of the prepared scaffolds were also determined by performing the MTT test. Morphological analysis of scaffolds confirmed the presence of orthogonal and interconnected pores ranging from 523 to 665 μm. Adding 2 and 3 wt% of MXene, respectively, the porosity of the scaffold increased from 49.8 ± 1.4 to 59.6 ± 0.5 percent and the contact angle decreased from 93.7 ± 4.7 to 67.9 ± 1.3 degrees. The compressive mechanical test indicated that incorporating 3 wt% MXene enhanced Young’s modulus from 0.81 ± 0.08 MPa to 1.18 ± 0.15 MPa, resulting in stronger scaffolds. The results of the biodegradability and cytotoxicity tests also showed an increase in the degradation rate and non-toxicity of the scaffolds, respectively, due to the presence of MXene nanosheets in the structure. Based on mechanical, contact angle, and biodegradability results, the scaffold containing 3 wt% MXene was identified as optimal. Then, to investigate the photothermal properties of MXene nanosheets and the effect of scaffolds in the treatment of bone cancer, scaffolds containing 0, 2, and 3 wt% were exposed to near-infrared laser irradiation for 10 minutes, and the results showed an increase in the temperature of the scaffolds to 35, 43.3, and 48.3 °C, respectively. Since effective bone tumor treatment requires temperatures close to 50 °C, the scaffold with 3 wt% MXene demonstrates the potential for cancer cell destruction.
