بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین چالش ها در مهندسی بافت ساخت داربستها با میزان تخلخل بالا و به هم مرتبط با خواص مکانیکی مناسب است. داربستهای مصنوعی رایج معمولا از سرامیک و یا پلیمر تهیه میشوند اما ترکیب بهتری از خواص با یک کامپوزیت حاصل میگردد که مزایای هر دو ماده پلیمری و سرامیکی را دارا میباشد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت داربستهای سه بعدی - فورستریت-دیوپساید - با استفاده از روش پرس با فضاساز جهت کاربرد در مهندسی بافت استخوان است.
به این منظور، نانوپودرهای فورستریت و دیوپساید به ترتیب با استفاده از روشهای فعالسازی مکانیکی و ترکیبی از سل-ژل و فعالسازی مکانیکی ساخته شده و با نسبت های مختلف با هم مخلوط شدند. پس از افزودن کلرید سدیم - عامل نگه دارنده - با درصد وزنی مناسب، مخلوط تحت فشار تک محوره پرس شد. به منظور خروج نمک و ایجاد تخلخل مورد نظر، نمونه های بدست آمده تحت عملیات تف جوشی قرار گرفتند. پس از تعیین نمونه بهینه از نظر خواص مکانیکی، داربستها با محلول %6 وزنی پلیمر پلی کاپرولاکتون فومارات پوشش داده شد و خواص مکانیکی، فیزیکی و بیولوژیکی آن نیز بررسی شد.
نتایج نشان داد که افزودن 10 درصد وزنی نانو پودر دیوپساید خواص داربست کامپوزیتی را تغییر داد از جمله استحکام فشاری برای داربست فورستریت کامپوزیتی در مقایسه با داربست خالص آن از 3/45 به 4/36 مگاپاسکال افزایش یافت. اعمال پوشش پلیمری بر روی داربستها و ایجاد اتصالات عرضی در آن منجر به بهبود استحکام فشاری داربیت در حضور%10 دیوپساید به میزان %23 شد. با توجه به نتایج حاصل از روش ارشمیدس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی افزودن % 10 دیوپساید منجر به تغییر محسوسی در میزان تخلخل نشده اما بهبود مورفولوژی تخلخلها دیده شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی داربستها بعد از قرارگیری در محلول شبیهسازیشده بدن حاکی از تشکیل لایه آپاتیت شبهاستخوانی روی سطوح بود. براساس این نتایج، بهنظر میرسد داربستهای تولیدی میتوانند گزینه مناسبی برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان باشند.
مقدمه
استخوان بدن انسان، مثال بسیار خوبی از یک بافت دینامیک است چرا که دارای قابلیت منحصر به فرد خود بازآفرینی است، در عین حال استخوان بدن انسان توانایی شکلدهی مجدد خود را دارا میباشد که در طول عمر هر انسان به دفعات اتفاق میافتد که محلی برای نگرانی ترمیم بافتهای آسیب داده باقی نمیگذارد . با این وجود، بسیاری از حوادث، علیرغم این خاصیت ذاتی استخوان، منجر به آسیبهای حاد در بافت استخوان میگردند، که این خاصیت ذاتی استخوان به تنهایی برای ترمیم آن کافی نمیباشد و نیاز به جراحی و عمل پیوند2 میباشد.
به عنوان مثال، برطبق گزارشات آماری [2-1]، در حدود 6/3 میلیون شکستگی استخوان سالیانه در ایالات متحده آمریکا به تنهایی اتفاق میافتد، به طوری که در حدود 550000 مورد آن نیازمند عمل پیوند استخوان میباشد. همچنین این مسأله از آن جایی حائز اهمیت میباشد که این گونه شکستگی های استخوانی سالیانه با سرعت 2/4 به ازای هر صد نفر اتفاق میافتد که البته این رقم در آقایان 2/8 - به ازای هر صد مرد در سال - بیشتر از خانمها 2 - به ازای هر صد خانم در سال - میباشد. در مواردی که استخوان صدمهی زیادی میبیند، استخوان به خودی خود توانایی ترمیم خود را ندارد و عمل پیوند در این شرایط لازم است.
3] روشهای سنتی مختلفی برای پیوند بافت استخوانی وجود دارد که البته این روشهای سنتی محدودیتهایی دارد که این محدودیتها، ارزش و اهمیت پیوند استخوانی مصنوعی را بیش از پیش نشان میدهد. [4-3] امروزه، مواد گوناگونی برای پیوند استخوانی مصنوعی، چه به صورت تک فازی و چه به صورت چند فازی وجود دارد که قابلیت برطرف کردن عیوب روشهای سنتی را دارا میباشند. ماده تک فازی همیشه تمامی خواص مورد نیاز برای رشد استخوان را نخواهد داشت که این مسأله باعث تلاش همیشگی جهت یافتن یک پیوند ایده آل میباشد. بنابراین، یک نیاز بزرگ برای مواد چند فازی مهندسی - کامپوزیت - با ساختار و ترکیب شبیه به استخوان طبیعی احساس میشود.
[6-4] استخوان طبیعی خود یک نانوکامپوزیت است که ترکیبی است از نانوکریستالیتهای HA در زمینه ای با ترکیب معدنی غنی از کلاژن .[2-1] بنابراین، انتخاب یک نانوکامپوزیت متشکل از HA یا کلاژن به عنوان یک ماده پیوند استخوانی، بسیار سودمند خواهد بود؛ اما مرور گستردهای بر مواد زیستی با زمینهی کلاژن یا HA نشان میدهد که کامپوزیت هیدروکسی آپاتیت و کلاژن محتملاً سودمندترین سیستم برای جایگزینی یا بازآفرینی بافت استخوان نخواهد بود [7] که این مسأله به خاطر مشکلات ناشی از تهیه کلاژن و منابع محدود جهت تهیه آن میباشد. با اثبات همخوانی خواص مکانیکی نانو کامپوزیتهای زمینه سرامیک به همراه پوشش های پلیمری با بافت استخوان و با اثبات برتری خواص مکانیکی نانو فورستریت و دیوپساید نسبت به نانو هیدروکسی آپاتیت، ما را به تهیه یک نانو کامپوزیت سودمندتر و قابل دسترستر امیدوار می کند.
مواد و روش تحقیق
به منظور تهیه نانو پودر فورستریت از روش آلیاژسازی مکانیکی استفاده شد. در این روش پودر تالک و منیزیم کربنات با نسبت استوکیومتری 5 :1 با یکدیگر مخلوط و به مدت 15 ساعت در آسیاب سیاره ای با انرژی بالا آسیاب شد. محفظه آسیاب و گلوله ها از جنس زیرکنیا انتخاب شدند. نسبت گلوله به پودر 10:1 انتخاب شد. سپس پودر حاصله در دمای 800 درجه سانتی گراد تحت عملیات حرارتی قرار گرفت.[8]
به منظور تولید نانو پودر دیوپساید - Dio - از ترکیب روش سل-ژل و آلیاژسازی مکانیکی استفاده شد. به این منظور کلسیم نیترات چهار آبه و منیزیم کلراید شش آبه و سیلیسیوم - TEOS - با نسبت مولی 2 :1:1 Si:Mg:Ca به اتانول اضافه شدند . سپس محلول حاصل در دمای 80 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت بر روی همزن مغناطیسی قرار داده شد. ژل حاصل به مدت 24 ساعت در آون با دمای 100 درجه قرار داده شد وعملیات کلسینه کردن در دمای 800 درجه سانتیگراد انجام شد و سپس پودر حاصل به مدت 5 ساعت تحت عملیات آسیاکاری قرار گرفت.[9]
به منظور ساخت پلی کاپرولاکتون فومارات در ابتدا PCL diol به مدت 24 ساعت در آون خلاء قرار داده شده تا رطوبت آن کاملا از بین رود. فوماریل کلراید قبل از استفاده تحت خلاء تقطیر شد. در این راستا پتاسیم کربنات خشک شده در راکتور شیشهای 1 لیتری با ورودی و خروجی گاز نیتروژن، قیف چکاننده و مبرد ریخته شد. سپس پلی کاپرولاکتون دی ال در 600 میلی لیتر دی کلرومتان حل شد و سپس به فلاسک اضافه شد.
فوماریل کلراید تازه تقطیر شده به مقدار در 20 میلی لیتر دی کلرومتان حل شد و در قیف چکاننده ریخته شد. واکنش تا 12 ساعت در همین دما ادامه یافت. بعد از تکمیل واکنش محلول در دمای 4 درجه سانتی گراد و با سرعت چرخش 4000 دور در دقیقه به مدت یک ساعت سانتریفوژ شد و فاز غیر آلی - پتاسیم کربنات - از محلول جدا شد. سپس جهت آزمایش-های بعدی در یخچال نگهداری گردید.>10@
