فرهادي، ندا

عنوان

ساخت داربست هاي هوشمند از بيوپليمرهاي تيمار شده با پلاسماي سرد به منظور توليد گوشت آزمايشگاهي

مقطع تحصيلي

دكتري

گرايش تحصيلي

فناوري توليد مواد غذايي

محل تحصيل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

سال دفاع

1404

صفحه شمار

چهارده، 127ص.: مصور، جدول، نمودار

توصيفگر ها

گوشت آزمايشگاهي , كاپاكاراگينان , موسيلاژ دانه به , داربست , بيان ژن , اصلاح سطح , پلاسماي سرد اتمسفري , اسنك كشت شده

تاريخ ورود اطلاعات

1404/12/05

كتابنامه

رشته تحصيلي

علوم و مهندسي صنايع غذايي

دانشكده

مهندسي كشاورزي

تاريخ ويرايش اطلاعات

1404/12/06

كد ايرانداك

23201787

چكيده فارسي

در اين پژوهش هيدروژلي طبيعي و خوراكي از تركيب كاپاكاراگينان و صمغ دانه به ساخته شد و مورد ارزيابي قرار گرفت و خصوصيات آن با هيدروژل كاپاكاراگينان به عنوان داربستي كه در حال حاضر استفاده زيادي در زمينه¬هاي مهندسي بافت دارد، مقايسه شد. جهت ايجاد اتصالات عرضي در ساختار هيدروژل كاپاكاراگينان، از محلول كلريد پتاسيم با غلظت 5 درصد وزني-حجمي به مدت يك ساعت استفاده شد و هيدروژل حاصله Carr نام¬گذاري شد. به منظور تهيه هيدروژل متشكل از كاپاكاراگينان و موسيلاژ دانه به، كاپاكاراگينان و صمغ دانه به به نسبت¬هاي 0:1، 1:1، 1:2 و 2:1 با يكديگر تركيب شده و پس از تشكيل ژل، در دماي محيط و به مدت يك ساعت در حمام 5 درصد وزني-حجمي كلريد پتاسيم و يا كلريد پتاسيم به همراه كلريد كلسيم (به نسبت مساوي) تيمار شدند تا شبكه ژل تشكيل شود. نتايج نشان دادند كه نسبت 1:1 كاپاكاراگينان و موسيلاژ دانه به كه با محلول كلريد پتاسيم 5 درصد وزني-حجمي تيمار شده بود، داراي بيشترين محتواي آبي، جرم خشك و قابليت جذب آب بود. بنابراين اين هيدروژل با عنوان Carr:QSM براي ارزيابي¬هاي بعدي مورد استفاده قرار گرفت. تصاوير SEM نشان داد كه Carr:QSM دربرگيرنده منافذ باز به هم پيوسته در ساختار خود مي¬باشد. بررسي ميزان تورم هيدروژل ها در طول 24 ساعت حاكي از آن بود كه قابليت جذب آب Carr:QSM 10 برابر بيشتر از Carr مي¬باشد. هم¬چنين ارزيابي افت جرم دو هيدروژل مورد مطالعه نشان داد كه وزن خشك هيدروژل Carr:QSM در طي 21 روز بيشتر از Carr و داراي تفاوت معني¬دار مي¬باشد. بررسي فعاليت متابوليك سلول¬هاي ميوبلاست (C2C12) بر روي داربست¬هاي مورد مطالعه در طي 14 روز حاكي از آن بود كه سلول¬ها قادر به حفط فعاليت متابوليك خود بر روي داربست¬ها هستند و در 7 روز اول فعاليت متابوليكي روند افزايشي داشت. سلول¬ها به طور موفقيت¬آميزي به سطح داربست¬ها چسبيدند و در طي 7 روز زنده مانده و تكثير نمودند و بالغ بر 95% زنده¬ماني داشتند. زنده¬ماني و تكثير سلول¬ها به روش رنگ¬آميزي كلسين اي ام و اتيديوم برومايد انجام شد. ميزان تكثير سلول¬ها در هيدروژل Carr:QSM در طي 7 روز به طور معني¬داري بيشتر از Carr بود. بررسي تمايز سلول¬ها طي 4 و 7 روز توسط رنگ¬آميزي آنتي بادي دسمين بعلاوه تكنيك qPCR نشان داد كه بيان پروتئين¬هاي ماهيچه¬زا مانند دسمين، MyHC، Myogenin، MyoD و Myof5 در بستر Carr:QSM به طور معني¬داري بيشتر از Carr بود. تغيير pH محيط داربست¬ها نشان داد كه بيشترين ظرفيت تورم در 5/5 pH مي¬باشد. تغيير pH محيط كشت از 4/7 به 5/5 اثر نامطلوبي بر روي سلول¬ها داشت و بخش بيشتري از سلول¬ها مردند. هم¬چنين اصلاح سطح هر دو هيدروژل مورد مطالعه توسط پلاسماي سرد اتمسفري به روش تخليه سد دي¬الكتريك با ولتاژ ورودي 12 كيلو ولت در زمان¬هاي 5 و 10 دقيقه انجام شد. تصاوير ميكروسكوپي AFM، حاكي از تغييرات توپوگرافي سطح هيدروژل¬ها در هر دو زمان مورد مطالعه بود. زبري سطح و زاويه تماس آب، براي Carr در تيمار 10 دقيقه و براي Carr:QSM در تيمار 5 دقيقه تاثير بيشتري نشان داد و با سطح تيمار نشده تفاوت معني¬داري داشت. نتايج فوتوالكترون اشعه ايكس (XPS) براي Carr در تيمار 10 دقيقه و براي Carr:QSM در تيمار 5 دقيقه، حاكي از ايجاد پيوندهاي جديد در برگيرنده اكسيژن در سطح بود. بعلاوه، ميزان اكسيژن در سطح تيمار شده، افزايش بيشتري نشان داد. بررسي رفتار سلولي نيز در سطح تيمار شده نسبت به سطح تيمار نشده متفاوت بود. سلول¬ها در Carr در سطح تيمار شده نسبت به سطح تيمار نشده فعاليت متابوليك بيشتري طي 14 روز داشتند. اما در مورد هيدروژل Carr:QSM تنها در روز اول تغيير مشاهده شد. هم¬چنين اصلاح سطح هيدروژل¬ها سميتي را براي سلول¬ها ايجاد نكرد. به طوري كه تعداد سلول¬هاي مرده در سطوح تيمار شده و تيمار نشده تفاوت نداشت و قابل ملاحظه نبود. داربست كشت شده با سلول¬هاي ميوبلاست گاوي (PBM) نسبت به داربست بدون سلول، پايداري مكانيكي بيشتري نشان داد. هم¬چنين داربست كشت شده با سلول، پروفايل آمينو اسيد ضروري قابل مقايسه با گوشت نشان داد. اسنك كشت¬شده در فرم خشك و ژله¬اي توليد شد و در بررسي خصوصيات حسي در گروه محصولي با پذيرش بالا طبقه¬بندي شد.

چكيده انگليسي

In the realm of tissue engineering, the development of scaffolds for cellular agriculture remains a highly promising field. Particularly, the fabrication of edible an‎d animal-free scaffolds, facilitating optimal cell attachment an‎d proliferation presents a critical challenge in the domain of cultivated meat technology. To address this problem, we developed a formulation of kappa-carrageenan an‎d quince seed mucilage (Carr:QSM) as novel an‎d plant-based edible IPN scaffolds that could support cell attachment, proliferation, an‎d differentiation. To investigate the cellular behavior an‎d interactions within the proposed scaffold, C2C12 myoblasts were employed as the source of skeletal muscle cells. Physicochemical characteristics an‎d cytotoxicity of Carr:QSM, along with its ability to support cell differentiation, were analyzed an‎d compared to kappa-carrageenan (Carr) as a commonly utilized hydrogel in tissue engineering. Our newly developed scaffold showed a super-porous structure with interconnected pores of varying sizes an‎d revealed a tenfold increase in swelling capacity compared to Carr. Furthermore, Carr:QSM exhibited a significantly lower mass loss over a 21-day observation period. The in vitro cell studies demonstrated that the cells maintained an active metabolic state an‎d sustained viability for up to 14 days on both scaffolds, with cell viability exceeding 95% within the initial 7 days. However, Carr:QSM indicated a more profound cell proliferation capability. C2C12 cells unfolded differentiation characteristics with a superior expression of myogenic markers such as desmin, Myof5, myogenin, MyHC, an‎d MyoD within the Carr:QSM structure. Furthermore, the hydrogels exhibited their greatest swelling capacity at pH 5. On the contrary, only Carr:QSM demonstrated responsive behavior when pH alternated between 7.4 an‎d 5.5. In vitro cell experiments revealed that cells were unable to survive under acidic conditions with pH fluctuations ranging between 7.4 an‎d 5.5. The pH-sensitive characteristics of Carr:QSM did not have a positive impact on cell proliferation. Surface modification of scaffolds using cold atmospheric plasma indicated that plasma treatment increased surface roughness an‎d wettability. The introduction of new oxygen-containing groups, such as O═C─O, was observed as well. In the context of Carr, cell metabolic activity exhibited an increase on the treated surface compared to unmodified surface over a 14-day culture period. However, in the case of Carr:QSM, the cells showed increased proliferation only on day 1 of the culture. Cell differentiation analysis showed that the expressions of desmin, myogenin, an‎d MyHC increased on treated Carr compared to unmodified scaffold. However, treated Carr:QSM manifested an increase in myogenin expression. The essential amino acids (EAAs) profile of Carr:QSM cultured with primary bovine myoblasts (PBM) under differentiation conditions reveals all nine EAAs, closely matching the profile of conventional meat. Sensory eva‎luation with 20 volunteers using a nine-point hedonic scale classifies the cultivated snack as highly acceptable. This study highlights the potential of polysaccharide-based biomaterials as a proactive strategy for preventing health issues by shifting the focus from therapeutic applications to early nutritional intervention.

استاد راهنما

نفيسه سلطاني زاده , الهه مسائلي

استاد مشاور

محسن رباني

استاد داور

مهدي كديور , اميرحسين جلالي حاجي آبادي , حميدرضا قمي مرزدشتي

لينک به اين مدرک

https://library.iut.ac.ir/dl/search/default.aspx?Term=20948&Field=0&DTC=107