19294

2179 دكتري

دكتري

مهندسي پزشكي-بيومتريال

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

ده، 79.: مصور، جدول، نمودار

1402/12/19

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1402/12/20

23014829

استخوان بافتي ديناميك است كه قادر به خود ترميمي مي باشد، اما در موارد آسيب با ابعاد بيش از سايز بحراني، استخوان به طور خود به خودي قادر به ترميم نيست و نيازمند روش هاي درماني مانند پيوند استخواني است. در سال هاي اخير علم مهندسي بافت با هدف غلبه بر مشكلات و محدوديت هاي روش هاي درماني سنتي پديد آمده است. اخيرا استفاده از تكنيك هاي پرينت سه بعدي جهت ساخت داربست هاي مهندسي بافت به علت كنترل بالا بر ساختار و معماري و تقليد زيستي مورد توجه بسياري از محققين قرار گرفته است. مطالعه ي حاضر شامل دو فاز مختلف است كه در فاز اول داربست پرينت سه بعدي مدل سازي رسوب ذوب شده (FDM) پلي لاكتيك اسيد/هاردستونيت-گرافن اكسايد (PLA/HTGO) با درصدهاي مختلف (0، 10، 20 و 30 wt. %) از نانوذرات كامپوزيتي HT-GO تهيه شد. داربست هاي تهيه شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، آناليز طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) و كالريمتري اسكن تفاضلي (DSC) مشخصه يابي شد و نشان داده شد كه با افزايش مقادير نانوذرات HT-GO در داربست هاي نانوكامپوزيتي، ترشوندگي سطحي افزايش يافت. بر اساس آزمون تخريب پذيري در محلول فسفات بافر سالين (PBS)، ميزان كاهش وزن داربست PLA با اضافه شدن نانوذرات HT-GO تا 30%، از 3/7 به 03/16 % رسيد. مشخص شد كه وجود 20 % از نانوذرات HT-GO در داربست PLA موجب افزايش قابل توجه استحكام فشاري (از 86/0 ± 65/7 به 01/1 ± 66/14 مگاپاسكال) و مدول الاستيك (از 03/18 ± 46/94 به 87/10 ± 15/189 مگاپاسكال) شد. تشكيل رسوبات آپاتيتي بر روي سطح داربست هاي نانوكامپوزيتي در مايع شبيه سازي بدن (SBF) در مدت 28 روز زيست فعالي عالي اين داربست ها را تاييد كرد. آزمون هاي سلولي برون تن نيز افزايش تكثير و چسبندگي سلول هايMG63 و بهبود تمايز استئوژنيك سلول هاي مزانشيمي مغز استخوان موش (rMSCs) بر روي داربست هاي نانوكامپوزيتي را نشان داد و داربست PLA حاوي 20% از نانوذرات HT-GO به عنوان داربست بهينه در فاز اول انتخاب شد. در فاز دوم به منظور ارتقاء داربست پرينت سه بعدي PLA حاوي 20 % از نانوذرات نانوكامپوزيتي HT-GO به يك داربست به شدت متخلخل، درون كانال هاي آن با محلول پلي الكتروليت پكتين-كيتوسان چهارتايي شده (Pec-QCs) حاوي 0 يا mg/mL 20 از سيمواستاتين (Sim) پر شد و سپس فريز دراي شد و به ترتيب داربست هاي FD و FD-Sim تهيه شدند. همچنين جهت مقايسه بهتر، اين داربست به صورت غوطه وري با Pec-QCs حاوي 0 يا mg/mL 20 از Sim پوشش دهي و داربست هاي DC و DC-Sim تهيه شدند. رهايش Sim از داربست هاي DC-Sim و FD-Sim پس از 28 روز به ترتيب برابر با 25/5 ± 40/77 و 63/3 ± 02/86 % اندازه گيري شد. آزمون هاي سلولي نشان داد كه سلول هاي MG-63 بيشترين زنده ماني و تراكم و پهن شدگي را بر روي داربست هاي حاوي Sim به ويژه FD-Sim داشتند. مطالعات درون تن بر روي يك مدل نقص جمجمه اي موش صحرائي نشان داد كه در گروه تحت درمان با داربست FD-Sim، پس از 8 هفته يك بازسازي كامل اتفاق افتاد و نقص با استخوان جديد تشكيل شده پر شد و بنابراين داربست FD-Sim به عنوان يك داربست شايسته جهت كاربرد در مهندسي بافت استخوان معرفي گرديد.

The bone is a dynamic self-healing tissue; however, critical sized defects require treatment methods such as bone grafting. In recent years, the tissue engineering has emerged with the aim of overcoming the problems and limitations of traditional treatment methods. Recently, the use of 3D printing techniques for the fabrication of tissue engineering scaffolds has attracted the attention of many researchers due to the high control over the structure and biological imitation. The present study includes two different phases. In the first phase, polylactic acid/hardystonite-graphene oxide (PLA/HTGO) 3D printed scaffolds were prepared with different percentages (0, 10, 20 and 30 wt. %) of HT-GO composite nanoparticles. The prepared scaffolds were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and differential scanning calorimetry (DSC) and it was shown that with increasing the amounts of HT-GO nanoparticles in nanocomposite scaffolds, surface wettability increased. Based on the degradability test in phosphate buffered saline (PBS), the weight loss of PLA scaffold with the addition of HT-GO nanoparticles up to 30% reached from 7.3 to 16.03%. It was shown that the presence of 20% of HT-GO nanoparticles in the PLA scaffold significantly increased the compressive strength (from 7.65 ± 0.86 to 14.66 ± 1.01 MPa) and the elastic modulus (from 94.46 ± 18.03 to 189.15 ± 10.87 MPa). The formation of apatite deposits on the surface of nanocomposite scaffolds in simulating body fluid (SBF) within 28 days confirmed the excellent bioactivity of these scaffolds. In vitro cell assessments also showed increased proliferation and adhesion of MG63 cells and improved osteogenic differentiation of rat bone marrow mesenchymal cells (rMSCs) on nanocomposite scaffolds, and PLA scaffold containing 20% of HT-GO nanoparticles was selected as the optimal scaffold in the first phase. In the second phase, in order to upgrade the 3D printed scaffold to a highly porous scaffold, its channels were filled with pectin-quaternized chitosan (Pec-QCs) polyelectrolyte solution containing 0 or 20 mg/mL of simvastatin (Sim) and then freeze-dried. These scaffolds were named FD and FD-Sim, respectively. Also, similar PLA/HTGO scaffolds were prepared and dip coated with Pec-QCs solution containing 0 or 20 mg/mL of Sim and were named DC and DC-Sim, respectively. The release of Sim from DC-Sim and FD-Sim scaffolds after 28 days was measured as 77.40 ± 5.25 and 86.02 ± 3.63 %, respectively. Cytocompatibility assessments showed that MG-63 cells had the highest proliferation, attachment and spread on the Sim containing scaffolds, especially FD-Sim. In vivo studies on a rat calvarial defect model revealed that an almost complete recovery occurred in the group treated with FD-Sim scaffold after 8 weeks and the defect was filled with newly formed bone. Therefore, the FD-Sim was introduced as an appropriate scaffold for use in bone tissue engineering applications.

رحمت اله عمادي , حسين صالحي

شيدا لباف , ژاله ورشوساز

انوشه زرگر خرازي , سعيد كرباسي , مهدي مهديخاني