توصيفگر ها :
نانوالياف , پلي كاپرولاكتون , كيتوسان , مهندسي بافت كبد , گالاكتوز
چكيده فارسي :
در اين تحقيق توليد داربستي مناسب براي مهندسي بافت كبد مورد توجه است. با مطالعه انواع داربست¬هاي توليد شده براي مصارف گوناگون و در نظر گرفتن خصوصيات ويژه مورد نظر در كبد، در اين پروژه از تركيب پلي¬كاپرولاكتون و كيتوسان، به عنوان گزينه¬هاي مناسب جهت توليد داربست كبد استفاده شد. از آنجا كه مطلوب است نرخ تخريب داربست پليمري با نرخ تشكيل بافت جديد تطابق داشته باشد، در ابتدا مدل¬سازي فرايند تخريب داربست پلي¬كاپرولاكتون/كيتوسان صورت گرفت. به اين منظور محلول-هايي از نسبت¬هاي مختلف دو پليمر تهيه و ويسكوزيته و هدايت الكتريكي محلول¬ها اندازه¬گيري گرديد. پس از الكتروريسي، بررسي مورفولوژي الياف با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) نشان داد كه نانوالياف كاملاً يكدست با تنوع قطري 50 تا 200 نانومتر توليد شدند. ساختار شيميايي بوسيله طيف سنجي مادون قرمز (FTIR) مورد بررسي قرار گرفت. آناليز كيفي و كمي طيف¬ها حضور كيتوسان در تمامي داربست¬ها را تأييد مي¬كند. در ادامه رفتار تخريب¬پذيري داربست¬ها در محلول بافر فسفات (PBS) بررسي شد. تغييرات مورفولوژي، تغييرات شيميايي در ساختار و همچنين تأييد خروج كيتوسان از داربست در حين تخريب مورد بررسي قرار گرفت. تغييرات در وزن، قدرت جذب آب و زاويه تماس، تغييرات تخلخل(به دو روش پردازش تصاوير و چگالي)، تغييرات ابعادي و خواص مكانيكي در زمان¬هاي مختلف تخريب تعيين شد. بيش¬ترين ميزان كاهش وزن در هفته اول تخريب مشاهده شد. همچنين داربست¬هايي با ميزان بالاتر كيتوسان نرخ كاهش وزن بيش¬تري نشان مي¬دهند. قبل از تخريب، زاويه تماس وابسته به ميزان كيتوسان در داربست¬ها تغيير مي¬كند اما پس از تخريب ديگر وابسته به كيتوسان نيست و تغييرات ساختاري بوجود آمده در وب بيش¬تر تأثيرگذار است. همچنين تخريب باعث كاهش مدول و استحكام مي¬گردد. با افزايش مقدار كيتوسان در نانوالياف، الياف شكننده¬تر و مدول آن¬ها افزايش و استحكام آن¬ها كاهش مي¬يابد. با اندازه¬گيري pH محلول ناشي از تخريب، مشخص شد كه تغييرات چنداني در pH رخ نمي¬دهد و تخريب داربست تأثير منفي بر بافت¬هاي اطراف نخواهد داشت. با استفاده از تكنيك شبكه عصبي و داده¬هاي حاصل از تخريب داربست¬ها، فرايند تخريب داربست پلي¬كاپرولاكتون/كيتوسان مدل¬سازي گرديد كه براي كاربردهاي مختلف مهندسي بافت قابليت كاربرد دارد. از اين مدل براي مهندسي بافت كبد استفاده شد. يعني با توجه به داده¬هاي مربوط به نرخ تشكيل بافت جديد كبد كه در اختيار مدل قرار مي¬گيرد، شبكه عصبي درصد بهينه¬ي پليمرها جهت توليد داربستي كه نرخ تخريب آن بيش-ترين شباهت را به تشكيل بافت جديد كبد دارد، ارائه مي¬كند. از طرفي با توجه به مطالعات صورت گرفته حضور گالاكتوز در داربست، توانايي و تمايل سلول¬هاي كبدي براي رشد و چسبندگي را افزايش مي¬دهد. در اين مطالعه پس از باز توليد داربست بهينه، عمليات اصلاح سطح با گالاكتوز انجام شد. علاوه بر استفاده از كيتوسان گالاكتوزدار شده، از دو روش جديد در اين تحقيق استفاده گرديد. غوطه¬وري وب در محلول لاكتوبيونيك اسيد و ديگري الكتروريسي محلول پليمري درون اين محلول است. داربست بهينه به هر سه روش گالاكتوزدار شد و طبق آناليزهاي SEM، FTIR وجود گالاكتوز در نانوالياف تأييد گرديد. همچنين در آناليز گرماسنجي افتراقي (DSC) مشخص شد كه حضور گالاكتوز منجر به كاهش بلورينگي داربست مي¬شود. بر اساس اندازه¬گيري زاويه تماس، حضور گالاكتوز باعث افزايش آب¬دوستي داربست شده است. بيش¬ترين آب¬دوستي در داربستي كه پس از الكتروريسي اصلاح سطح شده، مشاهده مي¬شود كه داراي زاويه تماس 2±22/82 است و نسبت به زاويه تماس داربست بهينه(4±52/98) كاهش يافته است. با توجه به نتايج تخريب در محلول بافر فسفات، بيش¬ترين نرخ تخريب نيز در اين داربست مشاهده شد. با كشت سلول¬هاي HepG2 روي داربست¬هاي اصلاح شده، و بر اساس نتايج حاصل از آناليزهاي SEM و MTT مشخص گرديد كه وجود گالاكتوز در داربست¬ها رشد و تكثير سلول¬ها را افزايش داده و هيچ گونه سميتي به همراه ندارد. بيش¬ترين ميزان زندماني سلول 73/107% بود و در داربستي كه پس از الكتروريسي گالاكتوزدار شد مشاهده گرديد. بنابراين گالاكتوزدار كردن به روش غوطه¬وري بيش¬ترين بازده را دارد.
چكيده انگليسي :
In this study, produce a suitable scaffold for liver tissue engineering is considered. A combination of polycaprolactone (PCL) and chitosan (Cs) was used as suitable options for the production of liver scaffolds. Since it is desirable that the rate of degradation of the polymer scaffold be consistent with the rate of new tissue formation, the PCL/Cs scaffold degradation process was modeled. For this purpose, solutions of different ratios of two polymers were prepared and the viscosity and electrical conductivity of the solutions were measured. After electrospinning, examination of fiber morphology using scanning electron microscopy (SEM) images showed that completely uniform nanofibers were produced with a diameter variation of 50 to 200 nm. The chemical structure was examined by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Qualitative and quantitative analysis of the spectra confirms the presence of chitosan in all scaffolds. Then, the degradability behavior of scaffolds in phosphate buffer solution (PBS) was investigated. Morphological changes, chemical changes in structure as well as confirmation of chitosan exit from the scaffold during degradation were examined. Changes in weight, water adsorption and contact angle, porosity changes, dimensional changes and mechanical properties were determined at different times of degradation. The highest rate of weight loss was observed in the first week of degradation. Also, scaffolds with higher levels of chitosan show higher weight loss rates. Before degradation, the contact angle varies depending on the amount of chitosan in the scaffolds, but after degradation it is no longer dependent on chitosan, and structural changes on the web are more effective. Degradation also reduces modulus and strength. As the amount of chitosan in nanofibers increases, nanofibers become more brittle. The modulus increases and their strength decreases. By measuring the pH, scaffold degradation will not have a negative effect on surrounding tissues. Using Neural network technique and data from scaffold degradation, the PCL/Cs scaffold degradation process was modeled. This model was used for liver tissue engineering. That is, according to the data on the rate of new liver tissue formation that is provided to the model, the Neural network provides the optimal percentage of polymers to produce scaffolds whose degradation rate is most similar to the formation of new liver tissue. In this study, after reproducing the optimal scaffold, the surface correction operation was performed with galactose. In addition to the use of galactosylated chitosan, two new methods were used in this study. In first way, web immersed in lactobionic acid solution and in second way, electrospinning of polymer solution was performed in this solution. The optimal scaffold was galactosylated in all three ways and according to SEM and FTIR analyzes, the presence of galactose in nanofibers was confirmed. Differential scanning calorimetric (DSC) analysis also showed that the presence of galactose reduced the crystallinity of the scaffold. Based on the contact angle measurement, the presence of galactose increased the hydrophilicity of the scaffold. The highest hydrophilicity is observed in the scaffold that has been modified after electrospinning, which has a contact angle of 82.22 ± 2 and has decreased compared to the optimal contact angle of the optimal scaffold (98.52 ± 4) and according to the results of degradation in PBS, the highest degradation rate was observed in this scaffold. By culturing HepG2 cells on the modified scaffolds, and based on the results of SEM and MTT analyzes, it was found that the presence of galactose in the scaffolds increased cell growth and proliferation and had no toxicity. The highest cell viability was 107.73% and was observed in the scaffold which was galactosylated after electrospinning. Therefore, this galactosylated method is most effective.
