توصيفگر ها :
ولاستونيت , شيشه زيستي , زيستتخريبپذيري , زيستسازگاري , چسبندگي سلول , استرانسيم , منيزيم , مهندسي بافت استخوان
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، داربستهاي سراميكي زيستفعال بر پايه ولاستونيت (CaSiO₃) با هدف بهبود خواص ساختاري و زيستي براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان طراحي و مورد بررسي قرار گرفتند. براي ارتقاي عملكرد زيستي اين داربستها، مقادير مختلفي از شيشه زيستي 45S5 (5، 10 و 15 درصد وزني) به تركيب پايه افزوده شد. همچنين با هدف بررسي تأثير يونهاي زيستفعال، نمونههايي از شيشه زيستي با مقادير مختلفي از يونهاي استرانسيم (1، 2 و 3 درصد) و منيزيم (1، 2 و 3 درصد) آلايش داده شدند. در مجموع نمونههاي مورد بررسي در قالب سه دسته شامل ولاستونيت به همراه شيشه زيستي، ولاستونيت به همراه شيشه زيستي آلايشيافته با استرانسيم و ولاستونيت به همراه شيشه زيستي آلايشيافته با منيزيم طبقهبندي شدند. آناليزهاي فازي با استفاده از پراش پرتو ايكس (XRD) و بررسيهاي ريزساختاري با ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بر روي نمونهها پس از فرآيند تفجوشي انجام شد. نتايج XRD نشاندهنده پايداري نسبي فاز ولاستونيت در همه نمونهها و حضور فازهاي زيستفعال مانند كلسيم فسفاتها در برخي نمونههاي حاوي شيشه زيستي بود. تصاوير SEM نيز ساختار متخلخل و مناسب براي رشد سلولي در نمونههاي اصلاحشده را تأييد كرد. ارزيابي زيستتخريبپذيري در محلول PBS طي دورههاي 2، 4 و 6 هفته با اندازهگيري كاهش وزن، نرخ تخريب و pH محيط انجام گرفت. نتايج نشان داد كه نمونه Wo-0%BG بيشترين ميزان تخريب را داراست. در حاليكه نمونههاي حاوي شيشه زيستي، بهويژه نمونه Wo- 10%BG و نمونه Wo-10%BG-5%Sr به دليل فعاليت زيستي بالاتر و تشكيل لايه هيدروكسيآپاتيت بر سطح، كمترين ميزان تخريب را تجربه كردند. اين نتايج بيانگر آن است كه افزايش فعاليت زيستي ميتواند با تسهيل تشكيل فازهاي شبهاستخواني از انحلال بيشتر داربست جلوگيري كند. بررسي تغييرات pH نيز نشان داد كه بيشتر نمونهها ابتدا باعث قليايي شدن محيط شدند اما با گذشت زمان و پيشرفت واكنشهاي سطحي، pH به تعادل نزديكتر شد. آزمون زيستسازگاري با استفاده از تست MTT و سلولهاي MG-63 انجام شد. نتايج نشان دادند كه تمامي نمونههاي حاوي شيشه زيستي رشد و تكثير سلولي بهتري نسبت به نمونههاي بدون شيشه زيستي دارند. بهطور خاص، نمونههاي حاوي استرانسيم، به دليل تأثير مثبت اين يون بر تمايز سلولهاي استخواني، بالاترين ميزان زيستسازگاري را از خود نشان دادند. بهمنظور بررسي رفتار چسبندگي سلولي، آزمون كشت سلول بر سطح چهار نمونه Wo-0%BG، Wo-10%BG، Wo-10%BG-5%Sr و Wo-10 %BG-5%Mg انجام شد. تصاوير SEM نشان دادند كه سلولهاي MG-63 روي سطح نمونه Wo-10%BG و Wo-10%BG-5%Sr چسبندگي بيشتر، توزيع گستردهتر و تعامل بهتري با سطح داربست داشتند. در مقابل، در نمونه Wo-0%BG و بهويژه Wo-10%BG-5%Mg ، چسبندگي و گستردگي سلولها كمتر بوده و رفتار سلولي مطلوبي مشاهده نشد. اين تفاوتها را ميتوان به اثر مثبت شيشه زيستي و استرانسيم در بهبود خواص سطحي، فعاليت زيستي و در نهايت تعامل بهتر با سلولها نسبت داد. در مجموع يافتههاي اين پژوهش نشان داد كه افزودن شيشه زيستي، بهويژه در غلظت 10 درصد وزني و همچنين استفاده از يون استرانسيم بهعنوان عامل تقويتكننده زيستي، منجر به بهبود قابلتوجه خواص زيستتخريبپذيري، زيستسازگاري و چسبندگي سلولي ميشود. نمونههاي Wo-10%BG و Wo-10%BG-5%Sr از نظر تعادل بين پايداري ساختاري، فعاليت زيستي، و تعامل سلولي، گزينههاي مناسبي براي استفاده در داربستهاي مهندسي بافت استخوان محسوب ميشوند.
چكيده انگليسي :
In this study, bioactive ceramic scaffolds based on wollastonite (CaSiO₃) were designed and investigated with the aim of improving their structural and biological properties for use in bone tissue engineering. To enhance the biological performance of these scaffolds, different amounts of 45S5 bioglass (5, 10, and 15 wt%) were added to the base composition. Also, in order to investigate the effect of bioactive ions, samples of bioglass were doped with different amounts of strontium (1, 2, and 3%) and magnesium (1, 2, and 3%) ions. In total, the samples studied were classified into three categories including wollastonite with bioglass (W), wollastonite with strontium-doped bioglass (S), and wollastonite with magnesium-doped bioglass (M). Phase analyses using X-ray diffraction (XRD) and microstructural studies using scanning electron microscopy (SEM) were performed on the samples after the sintering process. SEM images also confirmed the porous structure suitable for cell growth in the modified samples. Biodegradability evaluation in PBS solution was performed over periods of 2, 4 and 6 weeks by measuring weight loss, degradation rate and pH of the environment. The results showed that sample Wo- 0%BG (pure wollastonite) had the highest degradation rate. While the samples containing bioglass, especially sample Wo- 10%BG (containing 10% bioglass by weight) and sample Wo- 10 %BG- 5 %Sr (containing bioglass doped with 3% strontium by weight), experienced the lowest degradation rate due to higher .bioactivity and formation of a hydroxyapatite layer on the surface. These results indicate that increasing bioactivity can prevent further dissolution of the scaffold by facilitating the formation of bone-like phases. The study of pH changes also showed that most of the samples initially caused the environment to become alkaline, but with the passage of time and the progress of surface reactions, the pH became closer to equilibrium. The biocompatibility test was performed using the MTT test and MG-63 cells. In particular, the samples containing strontium showed the highest biocompatibility due to the positive effect of this ion on bone cell differentiation. In order to investigate the cell adhesion behavior, cell culture test was performed on the surface of four samples Wo- 0%BG, Wo- 10%BG, Wo- 10 %BG- 5 %Sr and Wo- 10 %BG- 5 %Mg. SEM images showed that MG-63 cells on the surface of samples Wo- 10%BG and Wo- 10 %BG- 5 %Sr had more adhesion, wider morphology and better interaction with the scaffold surface. In contrast, in samples Wo- 0%BG and especially Wo- 10 %BG- 5 %Mg, cell adhesion and expansion were lower and no desirable cell behavior was observed. These differences can be attributed to the positive effect of bioglass and strontium in improving surface properties, biological activity and ultimately better interaction with cells. Overall, the findings of this study showed that the addition of bioglass, especially at a concentration of 10% by weight, as well as the use of strontium ion as a bioenhancing agent, leads to a significant improvement in biodegradability, biocompatibility and cell adhesion properties. Wo- 10%BG and Wo- 10 %BG- 5 %Sr samples are considered suitable options for use in bone tissue engineering scaffolds in terms of the balance between structural stability, biological activity, and cellular interaction.