توصيفگر ها :
بغداديت , مونتي سيليت , بتا كلسيم فسفات , پلي كاپرولاكتون , مواد نانو ساختار , داربست , پرس پودر با عامل فضاساز , مهندسي بافت
چكيده فارسي :
چكيده
تحقيقات انجام شده نشان داده است كه استخوان يك داربست نانوكامپوزيتي و مجموعه اي ويژه و پيچيده از بافت¬هاي متصل به هم است. لذا جهت ترميم بافت¬هاي استخوان آسيب¬ديده نياز به داربست¬هاي كامپوزيتي زيست¬سازگار و داراي خواص مكانيكي مطلوب مي¬باشد. در بين بيوسراميك¬هاي زيست فعال مورد استفاده در مهندسي بافت، سراميك¬هاي سيليكاتي مانند بغداديت (Bag) و مونتي¬سيليت (Mon) مورد توجه زيادي قرار گرفته¬اند. Bag و Mon داراي خواص مكانيكي و زيست فعالي بالا و نرخ تخريب مناسب مي باشند و محصولات تخريب اين دو سراميك در مايعات فيزيولوژيك، مي-تواند تكثير و تمايز سلول¬هاي استئوبلاست را ترغيب نمايد. بتا¬تري كلسيم فسفات¬ (βTCP) نيز به عنوان يك بيوسراميك زيست¬فعال، از نظر تركيب شيميايي شباهت بسيار زيادي به بخش معدني استخوان داشته و سازگاري زيستي بسيارخوبي از خود نشان مي¬دهد. بنابراين هدف از پژوهش حاضر، تهيه و مشخصه¬يابي داربست¬هاي نانوساختار بغداديت- بتا¬تري¬كلسيم فسفات و مونتي سيليت- بتا تري كلسيم فسفات به روش پرس پودر با عامل فضاساز مي¬باشد. بدين منظور نانوپودر Bag، Mon و βTCP به روش سل- ژل و آلياژسازي مكانيكي تهيه و داربست¬هاي كامپوزيتي با اضافه كردن 25، 50، 75 و 100 درصد وزني βTCP به Bag و Mon ساخته شد. سپس داربست¬هاي توليدي با محلول 10 درصد وزني پلي¬كاپر¬ولاكاتون به منظور بهبود خواص مكانيكي پوشش داده شد. از تكنيك¬هاي مختلفي براي ارزيابي و مشخصه¬يابي محصولات توليدي استفاده شد. از تكنيك پراش پرتو ايكس (XRD) به منظور بررسي ساختار فازي و تأييد حضور فازهاي مطلوب در تركيب بدست آمده استفاده شد. به منظور بررسي مورفولوژي داربست¬ها و توزيع اندازه ذرات و آگلومره¬هاي پودرهاي توليدي از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد. همچنين مورفولوژي و اندازه كريستاليت¬هاي پودرهاي نانوساختار توليد شده به كمك ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) ارزيابي شد. ميزان تخلخل نمونه¬ها به روش ارشميدس اندازه¬گيري شد. به منظور بررسي خواص مكانيكي داربست¬ها، آزمون فشار بر روي نمونه¬هاي استوانه¬اي با سرعت اعمال فشار 5/0 ميلي¬متر بر دقيقه انجام شد. همچنين خواص زيست¬فعالي داربست¬هاي توليد شده با قراردادن در محلول شبيه¬سازي شده بدن (SBF) به مدت سه و چهار هفته ارزيابي شد. طيف سنج مادون قرمز با تبديل فوريه (FTIR) و آناليز عنصري با تفكيك انرژي پرتو ايكس (EDS) براي ارزيابي بنيان¬هاي موجود در سطح نمونه¬هاي غوطه¬ور شده در محلول شبيه سازي شده بدن مورد استفاده قرار گرفت. مورفولوژي و چگونگي رسوبات آپاتيت در سطح نمونه¬ها با روش ميكروسكوپ الكتروني روبشي ارزيابي شد. به منظور بررسي تكثير و چسبندگي سلولي، كشت سلول بر روي داربست¬ها به مدت 1، 7 و 14 روز با استفاده از سلول¬هاي بنيادي انجام گرفت. نتايج به دست آمده نشان داد كه داربست¬هاي توليد شده داراي تخلخل 8/60 تا 6/73 درصد بوده و اعمال پوشش پليمري باعث افزايش خواص مكانيكي آن¬ها شده است. استحكام فشاري به دست آمده از داربست¬ها در محدوده 14/0 تا 6/3 مگاپاسكال مي-باشد كه در محدوده استحكام فشاري استخوان اسفنجي است. نتايج غوطه¬وري در محلول شبيه سازي شده بدن نشان داد كه داربست¬هاي توليدي كاملاً زيست¬فعال بوده و به خوبي قابليت تشكيل آپاتيت را دارند. نتايج آزمون كشت سلولي نيز، تكثير سلولي و چسبندگي بالاي داربست¬ها را تاييد كرد. نتايج حاصل از اين پژوهش حاكي از آن است كه داربست¬هاي نانوساختار بغداديت- بتا¬تري¬كلسيم فسفات و مونتي سيليت- بتا¬تري كلسيم فسفات زيست فعال بوده و مي¬توانند كانديد مناسبي براي ترميم و بازسازي استخوان آسيب ديده در مهندسي بافت باشند.
چكيده انگليسي :
Abstract
The results of previous studies verified that the bone is a nanocomposite scaffolds and a complex collection of bonded tissues. Thus, we need composite scaffolds with biocompatibility and good mechanical properties for repairing damaged bone and restoring its functions. Between bioactive ceramics, silicate- based ceramics such as baghdadite (Bag) and monticellite (Mon) have been received a lot of attentions. Bag and Mon have high mechanical properties and excellent bioactivity and appropriate biodegradable rate and the soluble ionic products from these ceramics could efficiently stimulate cell proliferation and differentiation. Also, beta-tricalcium phosphate (βTCP) as a bioactive ceramics has close chemical similarity to biological apatite and demonstrates high biocompatibility. So, the aim of this study is fabrication and characterization of baghdadite- beta-tricalcium phosphate and monticellite- beta tricalcium phosphate using the space holder technique. For this purpose, Bag, Mon and βTCP nanopowders were synthesized via sol-gel and mechanical activation methods, and then composite scaffolds fabricated by addition of various ratios of βTCP to Bag and Mon (25, 50, 75 and 100 wt. % βTCP). Then fabricated scaffolds coated with polycaprolactone solution to improve the mechanical properties. X-ray diffraction (XRD) technique was utilized to confirm presence of the desired phases in the structure. Scanning electron microscopy (SEM) was applied in order to study morphology and surface of nanopowders and scaffolds. To evaluate the shape and size of the particles and crystallites, a transmission electron microscopy (TEM) was applied. Axial compression test was applied to study the mechanical properties of scaffolds. Furthermore, bioactivity of different scaffolds was investigated by soaking them in SBF for various periods (3 and 4 weeks). Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy analysis and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was utilized to evaluate the functional groups present on the surface of immersed scaffolds. In order to verify the biocompatibility of scaffolds, MTT assay was applied for various times (1, 7 and 14 days). Results showed that the fabricated scaffolds have porosity of 60.8-73.6 (%) and coating caused increasing in mechanical properties. evaluated compressive strength was between 0.14 to 3.6 (MPa). SEM images of scaffolds after soaking in SBF depicted the tiny agglomerated bone-like apatite particles. Also, biocompatibility evaluations by MTT method showed that scaffolds could stimulate cell proliferation of cells and they did not have any cytotoxicity, as compared to control sample. Considering the results obtained, it seems that, baghdadite- beta-tricalcium phosphate and monticellite- beta tricalcium phosphate nanocomposite scaffolds could be a good candidate for bone tissue engineering.
Keywords: Baghdadite, Monticellite, Beta tricalcium phosphate, Polycaprolactone, Nanostructure materials, Scaffold, Space holder method, Tissue engineering
