بخشی از مقاله
چکیده:
مهندسی بافت ، امید فراوانی را برای بازسازی ضایعات استخوانی فراهم آورده است. داربست ، ماتریس موقتی برای رشد استخوان است که محیطی اختصاصی برای تکامل بافت فراهم می کند و باعث تسهیل چسبندگی ، رشد و تمایز سلولی می شود. در این پژوهش با استفاده از روش الکتروریسی لایه به لایه و پلیمرهای زیست تخریب پذیر، داربست های کامپوزیتی نانو لیفی شامل: پلی کاپرولاکتون، فوق جاذب هایی؛ مثل، پلی وینیل الکل و پلی وینیل پیرولیدون و نانو ذره بتا تری کلسیم فسفات که شباهت به بلورهای هیدروکسی آپاتیت طبیعی در استخوان دارد تولید شد. در الکتروریسی از دو نازل که یکی شامل پلی کاپرولاکتون و پلی وینیل پیرولیدون و دیگری شامل پلی کاپرولاکتون ، پلی وینیل الکل و بتا تری کلسیم فسفات است به طور متناوب و لایه به لایه بعد از تعیین پارامترهای موثر الکتروریسی استفاده شد. بعد از تهیه داربست ، از آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، تورم ، تخلخل ، خواص مکانیکی - استحکام ، ازدیاد طول نسبی و مدول - و رفتار زیست تخریب پذیری در محلول شبیه سازی شده بدن - PBS - به منظور بررسی ویژگی ها وخواص داربستها استفاده شد که نتایج آزمون ها زیست فعالی و خواص مکانیکی مناسب داربست ها را تایید می کند.
واژه های کلیدی: داربست، الکتروریسی، پلی کاپرولاکتون، بتا تری کلسیم فسفات، مهندسی بافت
مقدمه
هدف مهندسی بافت جایگزینی بافت معیوب یا آسیب دیده با جایگزین های بیولوژیکی می باشد که بتواند کارکرد طبیعی ].[بافت استخوان یکی بافت را به آن باز گرداند و یا حفظ کند 1از بافت های حیاتی و چند منظوره بدن است .[2] داربست ها درمهندسی بافت استخوان فضای فیزیکی مناسیی را ایجاد می کند تاسلولها را در خود جای داده و با مبادله مولکولهای زیستی سبب تحریک تشکیل بافت جدید می شود. سپس داربست ها به مرور زمان از بین رفته و جای خود را به طور کامل به بافت جدید می دهد3 ]و.[4 استخوان طبیعی مثالی از نانو کامپوزیت است که شامل دو بخش آلی و معدنی در مقیاس نانو می باشد که بخش آلی آن شامل پلیمرهای طبیعی ؛مانند ،کلاژن و بخش معدنی آن شامل بلورهای هیدروکسی آپاتیت - HAp - می باشد .[5]
مواد بهکار رفته در ساخت داربست باید از نقطه نظر خواص شیمیایی،فیزیکی، مکانیکی و زیست شناختی مشابه بافت زنده مورد نظر انتخاب شوند و فرآیند تولید ساختارهای سه بعدی از آن به راحتی امکان پذیر و فرآیند تکرار پذیر باشد. به همین منظور ، داربست های متخلخل سه بعدی مختلفی از زیست مواد پلیمری تخریب پذیر طبیعی و مصنوعی و همچنین زیست سرامیک ها برای کشت سلول های تمایز یافته یا سلول های بنیادی در مهندسی بافت استفاده شده است .[ 9-6]در این پژوهش الکتروریسی نانو الیاف پلی کاپرولاکتون - - PCL به همراه پلیمرهای فوق جاذب و نانو ذره بتا تری کلسیم فسفات - -TCP - به روش لابه لایه به منظور تولید داربست جهت کاربرد در مهندسی بافت استخوان تهیه و خواص و مشخصات فیزیکی آن ارزیابی شده است.
بخش تجربی
پلی کاپرو لاکتون - PCL - با وزن مولکولی 70-90 کیلو دالتون از شرکت سیگما ، پلی وینیل پیرولیدون - PVP - با وزن مولکولی 40 کیلو دالتون و پلی وینیل الکل - PVA - با وزن مولکولی 72 کیلو دالتون از شرکت مرک خریداری شده اند. نانوذره بتا تری کلسیم فسفات - -TCP - از شرکت نیک سرام رازی تهیه شد. اسید استیک ،دی کلرومتان و سایر مواد شیمیایی از شرکت مرک تهیه شد. به منظور تهیه محلول پلی کاپرولاکتون- پلی وینیل پیرولیدون %15با نسبت وزنی 60/40و 70/30 پلیمرهای مربوطه در حلال مشترک دی کلرو متان به مدت 3 ساعت توسط همزن مغناطیسی هم زده شد و از طرف دیگر محلول پلی کاپرولاکتون
– پلی وینیل الکل %14 با نسبت وزنی 60/40 در حلال مشترک اسید استیک تهیه شد همچنین نانوذره بتا تری کلسیم فسفات بعد از سونیک شدن در حلال استیک به مقدار %5 وزنی به آن اضافه شده و به مدت 24 ساعت توسط همزن مغناطیسی همزده شد.دستگاه الکتروریسی شامل منبع ولتاژقوی0-30 KV، دو الکترود مثبت و منفی که الکترود مثبت به نازل و منفی به جمع کننده وصل می شود. جمع کننده شامل فویل آلومینیومی به ابعاد - 15×15cm - می باشد که با فاصله 15 cm از نازل تحت ولتاژ16kvو نرخ تغذیه 0/2 mL/h قرار گرفته است. به این ترتیب محلول تحت الکتروریسی قرار گرفت و شبکه بی بافت نانولیفی روی صفحه جمع کننده جمع آوری شد.
نتایج و بحث
بررسی های شکل شناسی
در این آزمون از میکروسکوپ الکترونی پویشی - - SEM مدل XL30 ساخت شرکت Philips هلند برای شناسایی و مشاهده ساختار نانولیفی نمونه های تهیه شده استفاده شده است.نتایج شکل شناسی نشان می دهد که در هر دو نمونه نانو الیاف دارای شبکه ای به هم پیوسته با شکل شناسی یکنواخت و بدون دانه تسبیحی می باشند. همچنین اندازه گیری قطر متوسط نانو الیاف نشان می دهد که نمونه الف دارای قطر 541 232 و نمونه ب دارای قطر متوسط 698 534 می باشد که در نمونه ب به دلیل دارا بودن درصد پلی کاپرولاکتون بیشتر قطر متوسط و همچنین انحراف معیار آن بیشتر است .
اندازه گیری میزان تورم و تخلخل
برای اندازه گیری میزان تورم نمونه های نانولیفی در ابتدا نمونه ای به ابعاد - 1×1cm - بریده شد و وزن خشک آن اندازه گیری شده است. سپس نمونه به مدت 30 دقیقه در آب مقطر غوطه ور شده و بعد از جدا کردن آب های سطحی نمونه وزن خیس آن را اندازه گیری کرده ایم. این کار برای هرنمونه 3 بار تکرار شده است. اندازه گیری میزان تورم از طریق معادله 1 تعیین می شود.که در این رابطه w وزن خشک نمونه و w0 وزن خیس نمونه بعد از غوطه وری می باشد.برای اندازه گیری میزان تخلخل از معادله 2 استفاده شده استکه در آن m چگالی مواد پلیمری داربست و ap چگالی ظاهری داربست می باشد.نتایج اندازه گیری میزان تورم و تخلخل در جدول 1 گزارش شده است.همان طور که در جدول مشاهده می شود نمونه ای که دارای میزان پلی کاپرولاکتون بیشتری است میزان تورم کمتری نسبت به نمونه ای که دارای پلی کاپرولاکتون کمتری است دارا می باشد و این به خاطر خاصیت آبگریزی پلی کاپرولاکتون است که منجر به کاهش تورم می شود و همچنین مشاهده می شود هر دونمونه دارای میزان تخلخل بالا و نزدیک به هم می باشند که در میزان مهاجرت و نفوذ سلول ها به داربست تاثیر گذار است.
تعیین خواص مکانیکی
برای بررسی خواص مکانیکی داربست های تولید شده از دستگاه استحکام سنج میکرو 50 ساخت کشور شرلی انگلستان مدلSDL 215 A استفاده گردید. در این آزمایش نمونه ها را به ابعاد - 2×0/3 cm - جدا کرده و طبق رابطه 3 استحکام آن را اندازه گیری می کنیم .[10]که در این رابطه S استحکام کششی برحسب مگاپاسکال - MPa - ، d چگالی داربست بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب - g/cm3 - ، B نیروی گسیختگی برحسب گرم - g - ،A چگالی سطحی برحسب گرم بر متر مربع - g/m2 - و W عرض نمونه برحسب متر - m - است. برای اندازه گیری میزان ازدیاد طول نسبیطول نمونه در نقطه پارگی اندازه گیری شده و از طریق معادله 4 ازدیاد طول نسبی محاسبه گردید.
که در این رابطه Lازدیاد طول حاصل شده و L0 طول اولیه نمونه می باشد. برای اندازه گیری مدول نمونه های داربستی شیب منحنی تنش - کرنش در مبدا مختصات محاسبه شده است. برای هر نمونه داربست 5 بار این آزمایش تکرار شده است. نتایج حاصل از آزمایش خواص مکانیکی در جدول 2 گزارش شده است. نتایج جدول 2 نشان می دهد با افزایش درصد پلی کاپرولاکتون در داربست، استحکام ، ازدیاد طول نسبی و مدول آن افزایش پیدا کرده است که این به دلیل خواص مکانیکی موثر پلی کاپرولاکتون نسبت به پلی وینیل پیرولیدون است؛ همچنین تحلیل آماری داده ها نشان می دهد که اختلاف استحکام، ازدیاد طول نسبی و همچنین مدول نمونه ها در فاصله اطمینان %95 معنی دار نمی باشد.
آزمون زیست تخریب پذیری
به منظور اندازه گیری میزان زیست تخریب پذیری ، نمونه ها در فواصل زمانی مختلف در محلول بافری شبیه سازی شده بدن - PBS - در7/4 pH قرار گرفت و میزان تخریب پذیری نمونه ها از طریق رابطه 5 حاصل شده است.در این رابطه m0 وزن اولیه نمونه و mi وزن نمونه بعد از قرار گیری در محلول بافری می باشد. نتایج حاصل از زیست تخریب پذیری نمونه نشان می دهد که در هر دو نمونه به مرور زمان بر میزان تخریب آن افزوده می شود و بعد از گذشت 28 روز حدود50 درصد نمونه ها تخریب شده است که موید زیست تخریب پذیری نمونه های داربست می باشد؛ همچنین مقایسه میزان تخریب پذیری دو نمونه نشان می دهد که که نمونه دوم که دارای درصد پلی کاپرولاکتون بیشتری می باشد تخریب پذیری کمتری نسبت به نمونه اول دارد که نشان می دهد پلی کاپرولاکتون دارای زیست تخریب پذیری کمتری نسبت به پلی وینیل پیرولیدون می باشد. نتایج حاصل از آزمون زیست تخریب پذیری در نمودار 1 گزارش شده است.
