توصيفگر ها :
ترميم بافت استخوان , هيدروژل , ابريشم تيوله , هيالورونيك اسيد متاكريلات , چارچوب فلزي - آلي , ملاتونين
چكيده فارسي :
استخوان بهعنوان يكي از بافتهاي اصلي بدن، نقش مهمي در حفظ ساختار و عملكرد اسكلتي دارد و ترميم ضايعات آن، بهويژه در آسيبهاي وسيع، همچنان يك چالش اساسي در پزشكي محسوب ميشود. ضايعات گسترده استخواني به دليل بازسازي ناقص، التهاب و خطر عفونت، اغلب روند طبيعي ترميم را مختل ميكنند. از اين رو، توسعه داربستهاي نوين با قابليت زيستفعالي، تخريبپذيري كنترلشده و خواص آنتيباكتريال براي تسهيل بازسازي استخوان ضروري است. در اين پژوهش، هيدروژل نانوكامپوزيتي بر پايه ابريشم تيولهشده و هيالورونيك اسيد متاكريلاتشده، حاوي چارچوبهاي فلزي–آلي زيستفعال (MOF) بارگذاريشده با ملاتونين در غلظتهاي مختلف (0، 2، 5 و 10 درصد وزني) طراحي و بررسي شد. ابتدا نانوذرات MOF مبتني بر روي با روش هيدروترمال سنتز و با ملاتونين بارگذاري گرديد. مشخصهيابي ساختاري و فيزيكوشيميايي نشان داد كه اصلاح MOF با 3,3ʹ-ديتيوپروپانوئيك اسيد موجب كاهش اندازه ذرات، بهبود پايداري حرارتي و افزايش ظرفيت بارگذاري ملاتونين گرديد. همچنين اين نانوذرات فعاليت آنتيباكتريال قابل توجهي عليه استافيلوكوكوس اورئوس و اشريشيا كلي نشان دادند و در مدل حيواني توانستند بار ميكروبي زخم عفوني را بهطور مؤثر كاهش دهند. پس از آمادهسازي ابريشم تيولهشده و هيالورونيك اسيد متاكريلاتشده، اين تركيبات با MOF بارگذاريشده تركيب گرديدند تا هيدروژل نانوكامپوزيتي حاصل شود. افزايش غلظت MOF منجر به افزايش زمان ژل شدن گرديد. نمونه حاوي 5 درصد وزني MOF داراي تخلخل مناسب، جذب آب بالا، تخريبپذيري كنترلشده و پروفايل رهايش تدريجي ملاتونين در طول 14 روز بود. همچنين افزودن MOF موجب بهبود استحكام فشاري هيدروژلها شد و نمونه 5 درصد بيشترين مدول فشاري و پايداري ساختاري را نشان داد. آزمون فعاليت آنتياكسيداني نيز بيانگر توانايي اين هيدروژل در مهار راديكالهاي آزاد بود. ارزيابي زيستفعالي نشان داد كه هيدروژلهاي حاوي MOF موجب افزايش رسوب كلسيم و فسفر شدند كه بيانگر قابليت القاي معدنيسازي است. مطالعات سلولي روي استئوبلاستها تأييد كرد كه هيدروژل نانوكامپوزيتي، بهويژه در غلظت 5 درصد، داراي بالاترين ميزان زندهماني سلولي، چسبندگي و تمايز سلولي است. در مجموع، نتايج اين تحقيق نشان داد كه هيدروژل نانوكامپوزيتي ابريشم تيولهشده/هيالورونيك اسيد متاكريلاتشده حاوي 5 درصد MOF بارگذاريشده با ملاتونين، به دليل خواص مكانيكي مناسب، رهايش كنترلشده دارو، فعاليت آنتياكسيداني و زيستسازگاري مطلوب، بهعنوان داربست نوين پتانسيل بالايي براي كاربرد در ترميم بافت استخوان دارد.
چكيده انگليسي :
Bone, as one of the main tissues of the body, plays an important role in maintaining skeletal structure and function, and the repair of its lesions, especially in extensive injuries, remains a major challenge in medicine. Extensive bone lesions often disrupt the natural healing process due to incomplete regeneration, inflammation, and the risk of infection. Therefore, the development of novel scaffolds with bioactivity, controlled degradability, and antibacterial properties is essential to facilitate bone regeneration. In this study, nanocomposite hydrogels based on thiolated silk and methacrylated hyaluronic acid, containing bioactive metal–organic frameworks (MOF) loaded with melatonin at different concentrations (0, 2, 5, and 10 wt%) were designed and investigated. First, zinc-based MOF nanoparticles were synthesized by hydrothermal method and loaded with melatonin. Structural and physicochemical characterization showed that modification of MOF with 3,3ʹ-dithiopropanoic acid resulted in reduced particle size, improved thermal stability, and increased melatonin loading capacity. These nanoparticles also showed significant antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Escherichia coli and were able to effectively reduce the microbial load of infected wounds in an animal model. After preparing thiolated silk and methacrylated hyaluronic acid, these compounds were combined with loaded MOF to obtain nanocomposite hydrogels. Increasing the MOF concentration led to an increase in gelation time. The sample containing 5 wt% MOF had appropriate porosity, high water absorption, controlled degradability, and a gradual melatonin release profile over 14 days. The addition of MOF also improved the compressive strength of the hydrogels, and the 5% sample showed the highest compressive modulus and structural stability. Antioxidant activity test also indicated the ability of this hydrogel to inhibit free radicals. Bioactivity evaluation showed that hydrogels containing MOF increased calcium and phosphorus deposition, indicating the ability to induce mineralization. Cellular studies on osteoblasts confirmed that the nanocomposite hydrogel, especially at a concentration of 5%, had the highest cell viability, adhesion, and differentiation. Overall, the results of this study showed that the thiolated silk/methacrylated hyaluronic acid nanocomposite hydrogel containing 5% MOF loaded with melatonin has high potential as a novel scaffold for application in bone tissue repair due to its suitable mechanical properties, controlled drug release, antioxidant activity, and favorable biocompatibility.