توصيفگر ها :
داربست مهندسي بافت , ليگنين , چاپ سه بعدي , كاپرولاكتون , كوپليمر حلقه گشا
چكيده فارسي :
با توجه به تحقيقات انجام شده در حوزه طراحي مواد بيوپليمري براي مهندسي بافت، از مهم ترين اهداف توسعه اين مواد مي توان به فراهم سازي بستري مناسب براي رشد سلول ها و انتقال آن ها به بافت هاي آسيب ديده ي بدن به منظور ترميم آنها اشاره نمود. هم چنين، بعلت شباهت بسيار پليمر هاي زيستي (طبيعي) و بيوكامپوزيت هاي پليمري به بافت هاي بدن و خصوصيات آن ها، اين مواد عموما در قالب داربست هاي پليمري به منظور ترميم بافت هاي آسيب ديده بدن ساخته مي شوند. ويژگي هاي اصلي اين داربست ها مانند زيست سازگاري و آبدوستي بالا، معماري متخلخل به هم پيوسته با اندازه هاي مناسب، زيست تخريب پذيري كنترل شده و استحكام مكانيكي مطلوب بايد در تمامي مراحل طراحي درنظر گرفته شود. از آنجايي كه اكثر پليمرهاي طبيعي علي رغم زيست سازگاري و زيست تخريب پذيري مطلوب خواص مكانيكي بالايي ندارند، مي توان با تركيب كردن و يا كوپليمريزاسيون آن ها با پليمر هاي سنتزي زيست سازگار، اين ضعف را جبران و به اهداف كليدي نام برده شده دست يافت. از جمله اين مواد كه در اين پروژه مورد بررسي و پژوهش قرار گرفته شده مي توان به داربست برپايه كوپليمر پلي كاپرولاكتون (پلي استر سنتزي زيست سازگار با خواص مكانيكي بالا) و ليگنين ( بيو پليمر بر پايه پلي فنوليك يافت شده در گياهان) اشاره كرد، كه بعلت ويژگي هاي ساختاري مطلوب و در دسترس بودن، اين مواد در اين پژوهش استفاده شد. اين دو پليمر از طريق كوپليمريزاسيون حلقه گشا با يكديگر پيوند خورده كه ميزان انجام اين كوپليمريزاسيون در حدود 71 % بدست آمد و بعد از تشكيل كوپليمر به منظور مشخصه يابي آزمون هاي پيوندي و ساختاري بر روي آن انجام گرفت. بدين منظور با آزمون طيف سنجي فوريه پيوند جديد ايجاد شده اتري در پيك cm-1 1070-1150 تاييد شد و همين طور با انجام آزمون طيف سنجي تشديد هسته دو پيك ليگنين و كاپرولاكتون را به ترتيب در 3.85 و 6.85 واحد در ميليون بدست امد. براي چاپ داربست بوسيله چاپگر سه بعدي، مهم ترين و اساسي ترين پارامترها، دماي ذوب و تخريب كوپليمر كه با استفاده از دستگاه گرماسنجي حرارتي در حدود 59 درجه سانتي گراد و همچنين دماي انتقال شيشه اي كه در حدود 20- درجه سانتي گراد توسط دستگاه گرماسنجي روبشي گزارش شد. سپس مرحله چاپ مذاب كوپليمر حاصل انجام شد. براي اين كار، نازل مذاب چاپگر سه بعدي را با كوپليمر پر كرده و از قطر گيج 0.3 ميلي متردر دماي 57 درجه سانتي گراد و فشار 1-1.5 بار براي چاپ لايه ها استفاده شد. در ابتدا، لايه اول با ديواره كناري و سپس لايه هاي بالاتر بدون ديواره تزريق شد. پس از تشكيل داربست آزمون هاي مكانيكي و در انتها نيز آزمون هاي سلولي انجام شد. براي بررسي خواص مكانيكي آزمون فشاري بر روي داربست صورت گرفت و مدول و استحكام به ترتيب 4/0 ± 01/50و 6/0 ± 89/8 مگا پاسكال بدست امدكه در بازه ي مورد نياز داربست هاي استخواني مي باشد. سپس ميزان تخلخل و خلل و فرج ها و چسبندگي سلولي با استفاده از دستگاه ميكروسكوپ الكتروني روبشي بدست آمد كه نتايج حاصل مطابق با ميزان خلل و فرج مورد نياز براي پاساژ و كشت سلولي و اندازه تخلخل ها در حدود 219-236 ميكرون اندازه گيري شد. براي بررسي امكان استفاده از داربست حاصل در مهندسي بافت دوباره كوپليمر سنتز شده در محيط استريل و به دور از باكتري و ميكروب چاپ و داربست ساخته شده براي انجام آزمون سلولي فراهم شد. پس از پاساژ سلول هاي فيبروبلاست، ميزان زنده ماني سلول ها بعد از 24 و 72 ساعت بصورت رضايت بخشي به ترتيب در حدود 114 و 105 % بدست آمد. با توجه به نتايج بدست آمده از اين پژوهش، اين داربست مي تواند بعنوان كانديد مناسبي براي داربست استخواني در مهندسي بافت پيشنهاد گردد.
چكيده انگليسي :
According to the research conducted in the field of designing biopolymer materials for tissue engineering, one of the most important goals of the development of these materials is to provide a desirable condition for the growth of cells and their transfer to the damaged tissues of the body in order to repair them. Also, due to the very similarity of biological (natural) polymers and polymer biocomposites to body tissues and their characteristics, these materials are generally made in the form of polymer scaffolds in order to repair damaged body tissues. The main features of these scaffolds, such as high biocompatibility and hydrophilicity, interconnected porous architecture with appropriate sizes, controlled biodegradability, and optimal mechanical strength should be considered in all design stages. Since most natural polymers do not have high mechanical properties despite their biocompatibility and biodegradability, it is possible to compensate for this weakness by combining or copolymerizing them with biocompatible synthetic polymers and achieving the key goals mentioned. Among these materials that have been investigated and researched in this project, we can mention the scaffold based on polycaprolactone copolymer (biocompatible synthetic polyester with high mechanical properties) and lignin (biopolymer based on polyphenol found in plants), which due to its favorable structural characteristics and availability, these materials were used in this research. These two polymers are linked together through ring-opening copolymerization, and the rate of this copolymerization was obtained at about 71%, and after the formation of the copolymer, bonding and structural tests were performed on it to characterize it. For this purpose, by Fourier spectroscopy test, the recently created ether bond was confirmed at the 1150-1070 cm-1 peak, and also by nuclear resonance spectroscopy test, two peaks of lignin and caprolactone were obtained at 3.85 and 6.85 part per million, respectively. To print the scaffold with a 3D printer, the most important and fundamental parameters are the melting and glass transition temperature of the copolymer, which were about 59 and -20 degrees Celsius using a thermometry device. Then the melt printing step of the resulting copolymer was performed. For this purpose, the molten nozzle of the 3D printer was filled with copolymer and a gauge diameter of 0.3 mm was used at a temperature of 57 degrees Celsius and a pressure of 1-1.5 bar to print the layers. At first, the first layer was injected with the side wall and then the upper layers without the wall. After the formation of the scaffold, mechanical tests and finally cellular tests were performed. To check the mechanical properties, a compression test was performed on the scaffold and the modulus and strength were found to be 50.01 ± 0.4 and 8.89 ± 0.6 MPa, respectively, which are within the required range of bone scaffolds. Then, the amount of porosity and pores size were investigated using a scanning electron microscope, and the results were measured according to the number of pores required for cell penetration and cell culture and the size of the pores was around 219-236 microns. To check the possibility of using the resulted scaffold in tissue engineering, the synthesized copolymer was printed in a sterile environment and isolated from bacteria and microbes, and the fabricated scaffold was prepared for cell testing. After the passage of fibroblast cells, the survival rates of the cells after 24 and 72 hours were satisfactorily obtained at about 114 and 105%, respectively. According to the results obtained from this research, this scaffold can be suggested as a nice candidate for bone scaffold in tissue engineering.
