توصيفگر ها :
مهندسي بافت استخوان , بيوكامپوزيت , زيستفعالي , داربست , ساخت افزايشي
چكيده فارسي :
تقاضاي باليني براي مواد جايگزين استخوان جهت ترميم نقصهاي ناشي از تروما، بيماري يا جراحي، همواره در حال افزايش است. مهندسي بافت استخوان، راهكاري نوين براي پاسخ به اين نياز ارائه ميدهد كه در آن داربستهاي سهبعدي نقشي كليدي ايفا ميكنند. در اين پژوهش، يك داربست كامپوزيتي زيستفعال نوين بر پايه پليلاكتيك اسيد (PLA) و نانوذرات تيتانيت (CaTiSiO₅) با هدف بهبود خواص بيولوژيكي و مكانيكي PLA طراحي و ساخته شد. ابتدا نانوذرات تيتانيت با روش مكانوشيميايي سنتز و مشخصهيابي گرديدند. سپس، داربستهاي كامپوزيتي حاوي 0، 10، 20 و 30 درصد وزني تيتانيت با استفاده از فناوري چاپ سهبعدي به روش مدلسازي رسوب ذوبي (FDM) ساخته شدند. مشخصهيابيهاي فيزيكي، مكانيكي و زيستي بر روي داربستها انجام گرفت. نتايج نشان داد كه افزودن تيتانيت، آبدوستي سطح را به طور قابل توجهي افزايش داده و زاويه تماس آب با سطح ماده از 7/89 درجه براي PLA خالص به 9/68 درجه براي نمونه حاوي 30 درصد وزني تيتانيت كاهش يافت. همچنين مشخص شد كه افزودن تيتانيت منجر به تشكيل يك لايه آپاتيت كربناته شبه استخوان در محلول شبيهسازي شده بدن (SBF) ميشود كه نشاندهنده زيستفعالي بالاي كامپوزيتها است. همچنين، حضور تيتانيت نرخ تخريب PLA را تسريع كرده و اثر بافري مهمي در خنثيسازي محصولات اسيدي ناشي از تخريب ايفا نمود. از نظر مكانيكي، داربست حاوي 10 درصد وزني تيتانيت (PLA10)، با مدول فشاري 3/449 مگاپاسكال و استحكام فشاري 45/65 مگاپاسكال بهترين عملكرد را نشان داد كه با خواص استخوان اسفنجي مطابقت دارد. آزمونهاي سلولي در شرايط آزمايشگاهي (in vitro) با استفاده از رده سلولي MG-63، عدم سميت سلولي و بهبود چشمگير چسبندگي، گسترش و تكثير سلولها را بر روي داربستهاي كامپوزيتي، به ويژه نمونه PLA20، در مقايسه با PLA خالص تأييد كرد. در مجموع، داربست كامپوزيتي PLA/20% Titanite به دليل تلفيق بهينه خواص مكانيكي، زيستفعالي، نرخ تخريب كنترلشده و زيستسازگاري عالي، يك كانديداي بسيار اميدواركننده براي كاربردهاي مهندسي بافت استخوان محسوب ميشود.
چكيده انگليسي :
The clinical demand for bone substitute materials to repair defects arising from trauma, disease, or surgery is continuously increasing. Bone tissue engineering presents a novel solution to address this need, wherein three-dimensional scaffolds play a pivotal role. In this research, a new bioactive composite scaffold based on polylactic acid (PLA) and titanite (CaTiSiO₅) nanoparticles was designed and fabricated to enhance the biological and mechanical properties of PLA. Initially, titanite nanoparticles were synthesized using a mechanochemical method and subsequently characterized. Composite scaffolds containing 0, 10, 20, and 30 wt% titanite were then fabricated via Fused Deposition Modeling (FDM), a 3D printing technology. A series of physical, mechanical, and biological characterizations were performed on the scaffolds. The results demonstrated that the addition of titanite significantly increased surface hydrophilicity, decreasing the water contact angle from 89.7° for pure PLA to 68.9° for the sample with 30 wt% titanite. The incorporation of titanite was also found to induce the formation of a bone-like carbonated apatite layer in Simulated Body Fluid (SBF), indicating the high bioactivity of the composites. Furthermore, the presence of titanite accelerated the degradation rate of PLA and exerted a significant buffering effect, neutralizing the acidic byproducts of degradation. From a mechanical standpoint, the scaffold containing 10 wt% titanite (PLA10) showed optimal performance, with a compressive modulus of 449.3 MPa and a compressive strength of 65.45 MPa, values that are comparable to those of cancellous bone. In vitro cellular assays using the MG-63 cell line confirmed the non-cytotoxicity of the scaffolds and revealed a marked improvement in cell adhesion, spreading, and proliferation on the composite scaffolds, especially the PLA20 sample, compared to pure PLA. In conclusion, the PLA/20% Titanite composite scaffold is regarded as a highly promising candidate for bone tissue engineering applications owing to its optimal integration of mechanical properties, bioactivity, controlled degradation rate, and excellent biocompatibility.