توصيفگر ها :
هيالورونيك اسيد , شيمي كليك , تيول- مايكل , مهندسي بافت , زيست سازگاري , پليمر طبيعي
چكيده فارسي :
چكيده
هيدروژلها بهعنوان شبكههاي پليمري سهبعدي با قابليت بالاي جذب آب، بهدليل ويژگيهاي منحصربهفردي همچون زيستسازگاري، زيستتخريبپذيري و شباهت به شبكهخارجسلولي (ECM )، جايگاه ويژهاي در حوزههاي زيستپزشكي از جمله مهندسي بافت و سامانههاي دارورساني يافتهاند.در اين پاياننامه، با هدف توسعهي هيدروژلهاي زيستسازگار بر پايهي هيالورونيك اسيد (HA) تيولهشده براي ترميم بافت نرم و سامانههاي دارورساني، هيالورونيك اسيد بهعنوان پليمر پايه انتخاب و از طريق فرايند تيولهكردن اصلاح شيميايي شد.شناسايي گروههاي عاملي با استفاده از طيفسنجي FT-IR انجام گرفت كه حضور پيك مشخص مربوط به گروه تيول (–SH) تأييدكننده موفقيت واكنش اصلاح بود. سپس، آزمون طيفسنجي رزونانس مغناطيسي هستهاي ( HNMR) درجهي جايگزيني گروههاي تيول را حدود 20% نشان داد.در مرحلهي بعد، براي تشكيل شبكهي سهبعدي، از پلياتيلنگليكول هشتبازو ماليميد (PEG-8-Mal) بهعنوان عامل اتصال عرضي استفاده شد. واكنش افزايشي شيمي كليك مايكل بين گروههاي تيول هيالورونيك اسيد و گروههاي الكتروفيلي مالئيميد بر پايهي نيوكليوفيلي بودن گروه تيول انجام گرفت. اين واكنش بهدليل سرعت بالا، انتخابپذيري و انجام در شرايط ملايم (دماي فيزيولوژيكي و محيط آبي بدون نياز به كاتاليزور) انتخاب شد. زمان ژلشدن در شرايط فيزيولوژيكي حدود 30 ثانيه اندازهگيري شد كه بيانگر قابليت ژلشدن سريع و مناسب براي كاربردهاي تزريقي است.بررسي ويژگيهاي مكانيكي با آزمون تنش-كرنش (Stress–Strain) نشان داد مدول فشاري هيدروژل kPa 13/0 ± 1 است. در حدود 80% كرنش، نمونهها تخريب ساختاري نشان دادند كه با رفتار مكانيكي هيدروژلهاي نرم و زيستتقليدگر همخواني دارد.نتايج آزمون رئومتري نوساني بيانگر برتري مدول ذخيرهسازي (′G) بر مدول اتلاف (″G) در تمامي بازههاي فركانسي بود كه نشاندهندهي رفتار شبهجامد و غلبهي مؤلفهي الاستيك بر ويسكوز است. ميزان تورم هيدروژلها حدود 114% اندازهگيري شد كه نشاندهندهي توانايي آنها در تقليد از شبكهخارجسلولي(ECM) و تحمل تنشهاي مكانيكي محيطهاي زيستي است.آزمون زيستسازگاري (MTS) بر روي سلولهاي فيبروبلاست ردهي NIH3T3 نشان داد كه بقاي سلولي در روز اول برابر با 1/5%±85/7، در روز سوم 4/5%±91/6 و در روز پنجم 0/68%±126/4 بود كه بيانگر تكثير و سازگاري مطلوب سلولها در بستر هيدروژلي است. همچنين، ارزيابي پايداري در محيط فيزيولوژيكي نشان داد كه هيدروژلها تا 30 روز بدون تخريب قابلتوجه باقي ميمانند.در مجموع، هيدروژلهاي هيالورونيك اسيد تيولهشده حاصل از واكنش افزايشي مايكل، بهدليل قابليت تزريقپذيري، ژلشدن سريع در محل، پايداري مكانيكي بالا، و زيستسازگاري مطلوب، گزينهاي مناسب براي كاربردهايي نظير داربستهاي سلولي در مهندسي بافت و سامانههاي دارورساني كنترلشده محسوب ميشوند
چكيده انگليسي :
Hydrogels, as three-dimensional polymeric networks with a high water absorption capacity, have gained a significant position in biomedical fields—such as tissue engineering and drug delivery—due to their unique characteristics, including biocompatibility, biodegradability, and structural similarity to the extracellular matrix (ECM).In this thesis, with the aim of developing biocompatible hydrogels based on thiolated hyaluronic acid (HA-SH) for soft tissue repair and drug delivery systems, hyaluronic acid was selected as the base polymer and chemically modified through thiolation.Functional group identification was performed using FT-IR spectroscopy, where the presence of the characteristic peak corresponding to the thiol (–SH) group confirmed the success of the modification reaction. Subsequently, proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (^1H NMR) indicated a thiol substitution degree of approximately 20%.In the next step, to form the three-dimensional network, 8-arm polyethylene glycol maleimide (PEG-8-Mal) was used as the crosslinker. The Michael-type click addition reaction between the thiol groups of hyaluronic acid and the electrophilic maleimide groups—driven by the nucleophilicity of thiols—was employed. This reaction was chosen due to its high reaction rate, selectivity, and compatibility with mild conditions (physiological temperature and aqueous environment without the need for a catalyst).The gelation time under physiological conditions was measured to be approximately 30 seconds, indicating rapid gel formation suitable for injectable applications.Mechanical characterization using the stress–strain test demonstrated that the hydrogel exhibited a compressive modulus of 1.13 ± 0.13 kPa. Structural failure occurred at around 80% strain, consistent with the mechanical behavior of soft, biomimetic hydrogels. Oscillatory rheometry further showed that the storage modulus (G′) exceeded the loss modulus (G″) across all frequency ranges, indicating predominantly elastic, solid-like behavior.The swelling ratio of the hydrogels was measured at approximately 114%, reflecting their ability to mimic the ECM and withstand mechanical challenges present in biological environments.The MTS cytocompatibility assay conducted on NIH-3T3 fibroblasts showed cell viability of 85.7 ± 1.5% on day 1, 91.6 ± 4.5% on day 3, and 126.4 ± 0.68% on day 5, demonstrating excellent cell proliferation and compatibility within the hydrogel matrix. Additionally, stability assessments under physiological conditions indicated that the hydrogels remained intact for up to 30 days without significant degradation.Overall, the thiolated hyaluronic acid hydrogels produced via Michael addition demonstrate suitable injectability, rapid in situ gelation, favorable mechanical stability, and excellent biocompatibility, making them promising candidates for applications such as cell scaffolds in tissue engineering and controlled drug delivery systems.