شماره مدرك
21190
شماره راهنما
2507 دكتري
پديد آورنده
مدني نسب، پگاه
عنوان
ساخت و مشخصهيابي داربست رسانا بر پايه ژلما-كيتوسان-پليپيرول- نانولولههاي كربني چند ديواره جهت بهكارگيري در مهندسي بافت عصب
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
بيومتريال
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده، 136ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
مهندسي بافت عصب , هيدروژل , ژلما , كيتوسان , پليپيرول , نانولولههاي كربني چند ديواره
تاريخ ورود اطلاعات
1405/05/18
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/05/19
كد ايرانداك
23241979
چكيده فارسي
پل زدن شكافهاي عصب محيطي همچنان يك چالش باليني مهم است، زيرا اتوگرافتها، به عنوان استاندارد طلايي فعلي، به دليل محدوديت هايي نظيرعوارض ايمني و كمبود بافت اهداكننده با مشكلات جدي مواجه اند. از اين رو، توسعه داربست هاي پيشرفته كه بتواند محيط طبيعي عصب از نظر ساختاري و عملكردي تقليد كنند، ضروري به نظر مي آيد. اين پژوهش، راهكاري دو مرحلهاي را براي ترميم عصب ارايه مي كند كه از طراحي يك هيدروژل رساناي نوين شروع شده و با توسعه آن در مقياس ماكرو به ساخت يك كاندوئيت هدايت عصبي سهبعدي ميرسد. در مرحله اوليه، يك كامپوزيت هيدروژل رسانا با استفاده از خواص بيوميمتيك ژلاتين متاكريلات (ژلما) و زيستسازگاري ذاتي كيتوسان به عنوان ماتريكس پايه، بهينه شد. به منظور ايجاد ويژگي هاي الكتروفعال مشابه بافت عصبي طبيعي، اين داربست با تركيب پليپيرول (PPy) و نانولولههاي كربني چند ديواره عاملدار(MWCNT-COOH) تقويت و اصلاح شد. در بررسيهاي انجام شده، تركيب بهينه ژلما/كيتوسان/ w/v1% PPy / w/v1% MWCNT-COOH (% 1GCP-MW) معرفي شد، فرمولاسيوني كه رسانايي الكتريكي S·m−1 1.54، مدول فشاري 2.95مگاپاسكال، اندازه تخلخل 62±107/209 ميكرومتر، نرخ تورم 86/212 درصد و زاويه تماس 55.62 درجه را نشان داد. پروفايل تخريب طولانيمدت داربست بهينه در ارزيابي شش هفتهاي، با مراحل زيستي ترميم عصب تطابق مناسبي نشان داد؛ بهگونهاي كه داربست در دو هفته اول يكپارچگي ساختاري خود را حفظ ميكند و سپس همزمان با بلوغ بافت و آغاز ميلينسازي در هفته چهارم، بهتدريج تخريب ميشود تا فضاي لازم براي ادغام كامل بافت جديد فراهم گردد. در اين مدت، اين داربست حدود 36/61 درصد تخريب نشان داد. نتايج آزمونهاي زيستسازگاري نشان دادند كه اين كامپوزيت، با ارتقا زندهماني سلولي در روز پنجم، بيشترين تكثير و چسبندگي سلولي را در سلولهاي PC-12 و SH-SY5Y ايجاد كرده، درحاليكه با افزايش غلظت نانولولهها تا w/v2% بهدليل تجمع و افزايش سميت، عملكرد زيستي داربست كاهش يافت. علاوه بر اين، ظرفيت آن به عنوان يك حامل دارويي با رهايش آسكوربيك اسيد (ويتامينC) تأييد شد. اين هيدروژل بهينه بارگذاريشده با ويتامين C، رهايش دارو را بهصورت انفجار اوليه و سپس رهايش آهستهتر نشان داد؛ بهطوريكه درصد رهايش ويتامين C در 6 ساعت 4/92 درصد و در 48 ساعت 38/97 درصد بود، مكانيسم رهايش با مدل كورسماير-پپاس بهترين انطباق را داشت (0٫9550R²= و0٫03794 n= نشاندهنده انتشار فيك) و آزمون سنجش آنتياكسيداني نيز فعاليت آنتياكسيداني هيدروژل حاوي دارو را 84/58 درصد در برابر هيدروژل بدون دارو 46/17 درصد تأييد كرد. با تكيه بر اين ماده بهينه شده، فاز دوم فرمولاسيون تمركز بر ساخت كاندوئيت سه بعدي شد. در ادامه، يك كانال هدايت عصبي تك كاناله با تزريق هيدروژل به يك قالب چاپ سهبعدي و اتصال عرضي آن به كمك نور فرابنفش براي تشكيل يك شبكه پليمري پايدار ساخته شد. اين داربست، منجر به ايجاد كاندوئيتي با ساختار متخلخل (88.29 ميكرومتر)، مدول فشاري (0.05 مگاپاسكال)، رسانايي الكتريكي مناسب (S·m−1 1.19) و نرخ تورم متعادل (2/185درصد) شد. نتايج نشان داد اين كاندوئيت، طي 21 روز كاهش جرم بهمراتب كمتري نسبت به كنترل داشته (51/31 درصد در برابر52/77 درصد) و در عين حفظ بهتر ساختار متخلخل، بالاي 90٪ زيستپذيري سلولهاي SH-SY5Y و مورفولوژي كشيدهتر و فيلوپوديايي را ايجاد كرده است. همچنين اين نرخ تخريب كنترلشده با جدول زماني فيزيولوژيكي بازسازي عصب محيطي همخواني دارد و ميتواند حمايت مكانيكي لازم را در مراحل اوليه ترميم تا زمان پلزدن آكسوني فراهم كند. در مجموع، يافتههاي اين پژوهش ميتواند گامي در راستاي توسعه كاندوئيتهاي هدايت عصبي سه بعدي رسانا و چندعملكردي براي كاربرد در بازسازي عصب محيطي باشد.
چكيده انگليسي
Bridging peripheral nerve gaps remains a significant clinical challenge, as autografts, the current gold standard, have important limitations due to safety issues and lack of donor tissue. Therefore, the development of advanced scaffolds that can mimic the natural nerve microenvironment structurally and functionally is highly desirable. This study presents a comprehensive, two-step approach to nerve repair, beginning with the design of a novel conductive hydrogel and extending its development to the macroscale for fabrication of a 3D nerve guidance conduit (NGC). In the initial step, a conductive hydrogel composite was optimized using of gelatin methacrylate (GelMA) and the of chitosan as the base matrix, taking advantage of the biomimetic properties of GelMA and inherent biocompatibility of chitosan. In order to provide electroactive properties similar to those of natural nerve tissue, this scaffold was reinforced and modified with a combination of polypyrrole (PPy) and functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNT-COOH). Among the tested formulations, GelMA/chitosan/1%w/v PPy/1% w/v MWCNT-COOH was identified as the optimal composition, exhibiting an electrical conductivity of 1.54 S·m−1, a compressive modulus of 2.95 MPa, a pore size of 209.107 μm, a swelling rate of 212.86%, and a contact angle of 55.62°. The long-term degradation profile of the optimal scaffold over a 6-week period showed good agreement with the biological stages of nerve repair; the scaffold maintains its structural integrity during the first two weeks and then gradually degraded, coinciding with the tissue maturation and the onset of myelination around week 4, thereby providing necessary space for integration of the newly formed tissue. During this period, this scaffold showed about 61.36% degradation. The results of biocompatibility tests showed that this composite promoted cell viability by day 5 and supported the highest levels of cell proliferation and adhesion in PC-12 and SH-SY5Y cell lines. However, increasing the nanotube concentration to 2% w/v due to aggregation and increased toxicity, reduced the biological performance of the scaffold. In addition, its capacity as a drug carrier was confirmed by its ability to release of ascorbic acid (vitamin C). This optimized vitamin C-loaded hydrogel showed an initial burst release followed by a slower release. The percentage release of vitamin C reached 92.43% at 6 hours and 97.38% at 48 hours. The release mechanism was best fitted by the Korsmeyer-Peppas model (R²=0.9550 and n=0.03794), indicating Fickian diffusion mechanism. The antioxidant assay confirmed the antioxidant activity of the drug-loaded hydrogel at 58.84% compared to the drug-free hydrogel at 17.46%. Based on this optimized material, the second phase of the study focused on the fabrication of the 3D conduit. Next, a single-channel nerve guidance conduit was fabricated by injecting the hydrogel into a 3D-printed mold, followed by UV crosslinking to form a stable polymer network. The resulting conduit exhibited a porous structure with a pore size of 88.29 μm, a compressive modulus of 0.05 MPa, suitable electrical conductivity of 1.19 S·m−1, and a balanced swelling rate of 185.2 %. The results showed that this conduit had significantly lower mass loss than the control over 21 days (31.51% vs. 77.52 %) and, while maintaining better structural porosity, it supported over 90% viability of SH-SY5Y cells and promoted a more elongated and filopodial morphology. This controlled degradation rate is also consistent with the physiological timeline of peripheral nerve regeneration and can provide the mechanical support required during the early stages of repair until axonal bridging occurs. Overall, the findings of this study suggest that the developed conductive nerve guidance conduit may provide a promising multifunctional platform for peripheral nerve regeneration.
استاد راهنما
شيدا لباف , حسين صالحي
استاد داور
رحمت اله عمادي , انوشه زرگر خرازي , مهدي ابراهيميان حسين آبادي