شماره راهنما :
2096 دكتري
پديد آورنده :
شكري، مهشيد
عنوان :
سنتز هيدروژل زيست¬چسبنده كوآسروات بر پايه كيتوسان و نانوذرات هيدروكسي آپاتيت مزومتخلخل دوپ شده با گاليم و روي جهت كاربرد در كنترل خونريزي و عفونت بعد از استرنوتومي مياني در عمل جراحي قلب باز
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هجده، 166ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
هيدروژل زيست چسبنده , استرنوتومي , هموستاتيك , كنترل عفونت , كيتوسان , هيدروكسي آپاتيت مزو متخلخل , مهندسي بافت استخوان , كمپلكس كوآسروات
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/06/11
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/06/12
چكيده فارسي :
جراحي استرنوتومي مياني يكي از پركاريردترين روش¬هاي دسترسي در جراحي قلب و قفسه سينه است. ترميم زخم ناشي از استرنوتومي ممكن است با عفونت زخم استرنوم، استئوميليت يا مدياستينيت همراه باشد. با وجود اينكه در حال حاضر براي كنترل خونريزي از لبه¬هاي استرنوم پس از استرنوتومي، چسب استخواني مناسبي وجود ندارد. به دنبال الهام گرفتن از موجودات دريايي درون آب مانند صدف دريايي و كرم ماسه¬اي، هدف از پژوهش حاضر، توسعه چسب زيست¬تقليدي بر پايه كيتوسان حاوي نانوذرات مزومتخلخل هيدروكسي¬آپاتيت جانشاني¬شده با روي و گاليم (Zn-Ga:HAp) حاوي داروي ملاتونين است. نانوپودرهاي هيدروكسي¬آپاتيت جانشاني¬شده با روي و گاليم با مورفولوژي كروي و اندازه همگن با استفاده از روش سل-ژل ساده سنتز شدند. در ادامه نانوذرات مزومتخلخل با استفاده از سورفكتانت ستريمونيوم بروميد به عنوان قالب ساخته شدند. جانشاني يوني به¬طور قابل توجهي آزاد شدن يونهاي فعال زيستيCa2+، PO43-، Zn2+ و Ga3+ را تعديل كرد. همچنين، رهايش همزمان يونهاي Zn2+و Ga3+ در ساختار نانوذرات هيدروكسي¬آپاتيت جانشاني¬شده با روي و گاليم ((1/0XZn=) و (4/0XGa=))، فعاليت ضدباكتريايي بيش از 6±68 درصد و 8± 84 درصد را به ترتيب در برابر باكتري استافيلوكوكوس¬اورئوس و اشريشياكلي در غلظت µg/ml500 نشان داد. علاوه بر اين، نانوذرات حاصل هيچ¬گونه سميت سلولي نسبت به سلول¬هاي بنيادي مزانشيمي استخراجي از بافت چربي انساني(hMSCs) نشان ندادند. در ادامه، نانوذرات مزومتخلخل با اندازه منافذ حدود 65/10 نانومتر جهت بهبود ظرفيت جذب داروي ملاتونين و تثبيت آزادسازي آن به كار برده شدند. نتايج نشان داد كه بازده بارگيري ملاتونين از 03/0±27 درصد در نانوذرات متراكم به 65/0± 9/58 درصد در نانوذرات مزومتخلخل افزايش يافت. نانوذرات مزومتخلخل، 50 درصد از دارو را در طول 20 ساعت اول رها كردند و انتشار طولاني مدت آن تا 50 ساعت ثبت شد. نتايج بيان كمي ژن-هاي استخواني آلكالين¬فســفاتاز، استئوكلسين، كــلاژن Iو RUNX2 حاصل از تمايز سلول¬هـاي مزانشـيمي در مجـاورت نانومزومتخلخل هيدروكسي¬آپاتيت جانشاني¬شده با روي و گاليم حاوي ملاتونين در روزهاي سه، هفت و 14 نسبت به ساير نمونه¬ها افزايش قابل توجهي را نشان داد. به منظور بررسي قابليت استخوان¬سازي نانوذرات مزومتخلخل هيدروكسي¬آپاتيت جانشاني¬شده با روي و گاليم ((1/0XZn=) و (4/0XGa=)) آزمون حيواني با ايجاد چهار نقص استخواني درون جمجمه خرگوش انجام شد؛ كه بيشترين نتيجه در بازسازي استخوان در نقص استخواني شامل نانوذرات بهينه شده حامل داروي ملاتونين گزارش شد. در ادامه، چسب كوآسروات برپايه كيتوسان و شامل شبكه پليمري در هم نفوذي سلولز- كوپليمر پلي فسفودوپاميد با اتصال دهنده عرضي كمپلكس〖"EDTA/FeCl" 〗_"3" ، سنتز شد. سپس چسب كوآسروات با نانوذرات مزومتخلخل هيدروكسي¬آپاتيت جانشاني¬شده با روي و گاليم ((1/0XZn=) و (4/0XGa=)) كامپوزيت شد. مشخصه¬يابي فازي و شيميايي چسب مورد نظر با آزمون پراش اشعه ايكس، طيف¬سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه و طيف سنج نشر اتمي پلاسما جفت القايي صورت گرفت و نتايج نشان¬دهنده موفقيت-آميز بودن فرايند ساخت چسب بود و تمامي اجزاي تشكيل¬دهنده چسب شناسايي شد. به منظور ارزيابي چسبندگي چسب سنتز شده، استحكام چسبندگي با آزمون استحكام چسبندگي ASTM F2255-05 صورت گرفت.در نتايج استحكام چسبندگي روي زيرلايه شيشه با افزودن 2 درصد وزني نانوذرات به چسب (C2) استحكام برشي 38±4/900 كيلوپاسكال حاصل شد. استحكام برشي روي زيرلايه استخوان استرنوم گوسفند و پوست گاو براي اين چسب به ترتيب 19±9/647 كيلوپاسكال و 2±8/27 كيلوپاسكال مشاهده شد كه توانايي بالاي اين چسب را در چسبندگي به زيرلايه هاي مختلف نشان داد. همچنين جهت ارزيابي مقاومت چسبندگي در محيط مرطوب، چسب C2 استحكام برشي 12±1/144 كيلوپاسكال را روي زيرلايه استخواني در شرايط مرطوب نشان داد و براي زيرلايه پوست مقدار 2±1/18 كيلوپاسكال حاصل شد.
چكيده انگليسي :
Median sternotomy surgery is one of the most common access methods in heart and chest surgery. Sternotomy wound healing may be associated with sternal wound infection, osteomyelitis, or mediastinitis. Although there is currently no suitable bone adhesive to control bleeding from the edges of the sternum after sternotomy, inspired by marine organisms in water such as mussel and sandcastle worms, the aim of this research is to develop biomimetic adhesive based on chitosan and hydroxyapatite nanoparticles substituted with zinc and gallium (Zn-Ga:HAp) containing melatonin drug. Hydroxyapatite nanoparticles substituted with zinc and gallium with spherical morphology and homogeneous size were synthesized using a simple sol-gel method and a surfactant called CTAB was used as a template. Ion substitution significantly modulated the release of bioactive ions Ca2+, PO43-, Zn2+ and Ga3+. Also, the simultaneous release of Zn2+ and Ga3+ ions in the structure of hydroxyapatite nanoparticles substituted with zinc and gallium (XZn=0.1 and XGa=0.4), the antibacterial activity is more than 68±6% and 84±8% in against Staphylococcus aureus and Escherichia coli, respectively, at a concentration of 500 µg/ml. Next, mesoporous nanoparticles with a pore size of 10.65 nm were used to improve the melatonin drug absorption capacity and stabilize its release. The results showed that the loading efficiency of melatonin increased from 27±0.03% in dense nanoparticles to 58.9±0.65% in mesoporous nanoparticles. Mesoporous nanoparticles released 50% of the drug during the first 20 hours and its long-term release was recorded up to 50 hours. The results of the quantitative expression of osteogenesis genes including alkaline phosphatase, osteocalcin, collagen I and RUNX2 resulting from the differentiation of mesenchymal cells in nanoporous hydroxyapatite substituted with zinc and gallium containing melatonin on days 3, 7 and 14 had a significant increase compared to other samples. In order to investigate the ossification capability of mesoporous nanoparticles of hydroxyapatite substituted with zinc and gallium (XZn=0.1 and XGa=0.4), an animal test was performed by creating four bone defects in the cranium of a rabbit; The highest result in bone regeneration in bone defects including optimized nanoparticles containing melatonin drug was reported. In the following, coacervate adhesive was synthesized based on chitosan and including the interpenetrating polymer network of cellulose and polyphosphodopamide copolymer with 〖"EDTA/FeCl" 〗_"3" complex as a crosslinker. Then coacervate adhesive was composited with mesoporous hydroxyapatite nanoparticles substituted with zinc and gallium (XZn=0.1 and XGa=0.4). Phase and chemical characterization of the desired adhesive was done by X-ray diffraction test, infrared spectroscopy with Fourier transform and inductively coupled plasma atomic emission spectrometer, and all components of the adhesive were identified. In order to evaluate the adhesiveness of the synthesized adhesive, the adhesive strength was tested by the ASTM F2255-05 adhesive strength test. In the results of the adhesive strength on the glass substrate, by adding 2% by weight of nanoparticles to the C2 adhesive, the shear strength was 900.4±38 kPa. The shear strength of this adhesive was 19.647±9 kPa and 27.8±2 kPa on sheep sternum bone and cow skin substrate, respectively, which showed the high ability of this adhesive to adhere to different substrates. Also, in order to evaluate the adhesive strength in wet environment, C2 adhesive showed shear strength of 144±1.12 kPa on bone substrate and 18±1.2 kPa for skin substrate. Also, to evaluate the adhesion strength in wet environment, C2 adhesive showed shear strength of 144±1.12 kPa on bone substrate and 18±1.2 kPa for skin substrate in wet conditions.
استاد راهنما :
مهشيد خرازيهاي اصفهاني , حسين احمدي تفتي
استاد مشاور :
روح الله مهدي نواز اقدم , محمدرضا باغبان اسلامي نژاد
استاد داور :
محمد ديناري , ژاله ورشوساز , علي حسين رضايان قيه