توصيفگر ها :
مهندسي بافت , هيدروژل چاپ‌پذير , آلژينات , ژلما , نانوذرات COF , شبكه‌هاي در هم‌نفوذكرده پليمري
چكيده فارسي :
مهندسي بافت و پزشكي بازساختي يك حوزه پژوهشي در حال رشد است كه هدف آن ساخت جايگزين‌هاي احياكننده براي بافت‌هاي آسيب‌ديده يا ازدست‌رفته است. ساخت داربست يك مرحله مهم در فرآيند مهندسي بافت است و مواد زيستي براي ساخت داربست‌ها، نقش اساسي ايفا مي‌كنند. چاپ زيستي سه‌بُعدي به دليل قابليت طراحي و ساخت سريع داربست‌ها و دقت و وضوح زياد داربست‌هاي طراحي‌شده، به يك فناوري بي‌همتا در توليد داربست‌هاي زيستي تبديل‌شده است. آلژينات و ژلاتين متاكريلات (GelMA)، از متداول‌ترين مواد زيستي مورداستفاده در چاپ زيستي سه‌بُعدي هستند. آلژينات، داراي زيست سازگاري زياد، زيست خنثي بودن و قابليت ژل شدن سريع است ولي علي‌رغم مزاياي فوق، نرخ تخريب سريع و خواص مكانيكي و چسبندگي سلولي ضعيفي دارد. در پژوهش‌هاي اخير دريافته‌اند كه تنها ژلاتين متاكريلات با غلظت‌هاي كم مي‌تواند خاصيت زنده‌ماني سلولي را در چاپ زيستي حفظ كند. در اين پژوهش به‌منظور غلبه بر اين محدوديت‌ها و ساخت يك هيدروژل با خواص مناسب براي چاپ سه‌بعدي، هيدروژل ژلاتين متاكريلات-آلژينات با شبكه‌هاي در هم‌نفوذكرده (IPN) ساخته شد و خواص اين هيدروژل به كمك نانوذرات چارچوب‌هاي آلي كووالانسي(COFs) بهبود داده شد. چارچوب‌هاي آلي كووالانسي دسته منحصربه‌فردي از پليمرهاي بلوري متخلخل هستند كه صرفاً با عناصر سبك (مانند كربن، بور، اكسيژن، سيليكون، نيتروژن و ساير) با واحدهاي ساختاري آلي تشكيل‌شده‌اند. اين پليمرهاي آلي ويژگي‌هاي منحصربه‌فردي ازجمله حفره‌هاي هم‌اندازه و يكنواخت و تخلخل زياد را نشان مي‌دهند و امروزه نظر پژوهشگران را به خود جلب كرده‌اند. در اين پژوهش تأثير افزودن درصد‌هاي مختلفي (0، 5/0، 1، 3 و 5 درصد وزني) از نانوذرات COF بر خواص هيدروژل‌هاي ژلما-آلژينات بررسي شد. نتايج اين پژوهش نشان داد، افزودن نانوذرات COF، باعث افزايش استحكام فشاري هيدروژل‌هاي ژلما-آلژينات ، نسبت به هيدروژل‌هاي ژلما-آلژينات بدون نانوذرات COF، تا حدود 3 برابر شد و نرخ تخريب هيدروژل‌ها را طي 14 روز قرارگيري در آب مقطر نسبت به هيدوژل عاري از نانوذرات كاهش داد. همچنين هيدروژل حاصل خواص نازك برشي مناسبي نشان داد و زنده‌ماني سلول‌هاي فيبروبلاست بر روي هيدروژل‌هاي نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات حاوي 1 درصد وزني COF طي 3 روز بيش از 99% مشاهده شد. درنهايت هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات-COF 1% به‌منظور بررسي چاپ پذيري اين هيدروژل، توسط دستگاه چاپگر زيستي BioFabX4 چاپ شد و چاپ پذيري هيدروژل يادشده تائيد شد. اين نتايج نشان مي‌دهد كه هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات-COF، مي‌تواند كانديد مناسبي براي استفاده به‌عنوان جوهر زيستي در تكنولوژي چاپ زيستي سه‌بعدي جهت كاربرد در مهندسي بافت غضروف باشد.
چكيده انگليسي :
Tissue engineering and regenerative medicine is a growing field of research that aims to build regenerative alternatives for damaged or lost tissues. Scaffold fabrication is an important step in the tissue engineering process, and biomaterials play a key role in fabricating scaffolds. 3D bioprinting has become a unique technology in the production of biological scaffolds due to its ability to design and fabricate scaffolds quickly and its high accuracy and resolution of designed scaffolds. Alginate and gelatin methacrylate (GelMA) are the most common biomaterials used in 3D bioprinting. Alginate has high biocompatibility, bio-neutrality and fast gelation ability, but despite the above advantages, it has a rapid degradation rate and poor mechanical properties and cell adhesion. Also, recent research has shown that only low concentrations of gelatin methacrylate can maintain cell viability in bioprinting. In this study, to overcome these limitations and build a hydrogel with suitable properties for 3D bioprinting, the interpenetrating polymer networks (IPN) of gelatin methacrylate-alginate hydrogels were synthesized and the properties of the hydrogel improved by adding covalent organic framework (COFs) nanoparticles. Covalent organic frameworks are a unique class of porous crystalline polymers composed solely of light elements (such as carbon, boron, oxygen, silicon, nitrogen, etc) with organic structural units. These organic polymers have attracted the attention of researchers because of exhibiting particular properties such as uniform pores and high porosity. In this study, the effect of adding different percentages (0, 0.5, 1, 3 and 5 wt%) of the COF nanoparticles on the properties of GelMA-alginate hydrogels was investigated. The results of this study showed that the addition of COF nanoparticles increased the compressive strength of GelMA-alginate hydrogels up to about 3 times compared to GelMA-Alginate hydrogels without any nanoparticles and reduced the degradation rate of hydrogels within 14 days of immersion in distilled water. Also, the resulting hydrogels showed good shear-thinning properties and the viability of fibroblast cells on nanocomposite hydrogel containing 1 wt% COF, was above 99% after 3 days of the cell culture. Finally, GelMA-Alginate-COF 1% nanocomposite hydrogel was printed by BioFabX4 bio-printer to study the printability of the hydrogel and the printability of the hydrogel was confirmed. These results indicate that GelMA-alginate-COF nanocomposite hydrogels can be a good candidate for use as bio-ink in 3D bioprinting technology for use in tissue engineering applications.
