26145

ساخت داربست PAN حاوي نانو آلياژPtAuAg براي تمايز استخواني سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي

دكترا

شيمي- شيمي معدني

1395

1400/12/4

آزاده تجردي

موسي كهتري

شيمي

سابقه و هدف: امروزه استفاده از سلول‌هاي بنيادي و نانو داربست‌هاي مختلفي (كه حاوي تركيبات معدني مختلف) در تمايز سلول‌هاي بنيادي، به‌عنوان يك راه‌كار درماني مطرح مي‌شود. هدف از اين پروژه، ساخت و مشخصه‌يابي پودر نانو ذرات آلياژي (دوتايي و سه‌تايي) و نانو داربست آليآژي پلي آكريلو نيتريل حاوي ذرات آلياژ دوتايي (M′M″@ PAN NFs) و حاوي ذرات آلياژ سه‌تايي (M′M″M‴@ PAN NFs) توضيح داده شد. سپس، تاثير داربست‌هاي آلياژ دارشده (M′M″M‴@ PAN NFs) كه مقادير متفاوتي از فلزات تشكيل دهنده) در تكثير، رشد، فعاليت متابوليكي، فعاليت تمايز استخوان سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از چرب در شرايط بيرون تني مورد بررسي قرار گرفت مواد و روش‌ها: در يك مطالعه تجربي، نانو ذرات آلياژهاي دوتايي و سه‌تايي به روش دوستدار محيط زيست (روش فراصوت) با استفاده از حلال سبز ساخته. به‌هدف اصلاح ساختار پليمر و ايجاد ساختار حلقوي شده پر از گروه عاملي فعال، محلول پليمري در دماي 70 درجه سانتي‌گراد به‌مدت 18 ساعت گرم شده‌است. سپس آن ذرات برروي نانو الياف پلي آكريلو نيتريل الكتروريسي شده پوشش داده شد. خصوصيات فيزيكوشيميايي، مكانيكي، آبدوستي و زيستي نانوداربست آلياژ دارشده با آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ‌هاي (روبشي، عبوري و اتمي)، زير قرمز، MTT، آلكالين فسفاتاز، معدني شدن، آليزارين رد و بيان ژن ارزيابي گرديد. يافته‌ها: در مطالعه حاضر، تمامي داربست‌هاي فيبري سنتز شده در مقياس نانو تهيه شدند. خواص فيزيكوشيميايي ساختارهاي داربست آلياژي به دقت بررسي شده است. نتايج خصوصيات فيزيكوشيميايي نشان داد كه تغييرات در خواص بلوري، ريخت شناسي، ساختاري و پايداري، خواص مكانيكي و آب دوستي ماتريس پليمري با تغيير در نوع نانوذرات آلياژي رخ داده است. بررسي‌هاي ريخت‌شناسي تمامي داربست‌هاي سنتز شده نشان داد كه با ايجاد فضايي سه‌بعدي، ريخت شناسي و زبري سطوح آن‌ها متفاوت است كه به دليل تفاوت در شكل قطعات ذرات آلياژي و توزيع آن‌ها بر روي سطح داربست است. افزون بر اين، نانوذرات آلياژي در مقياس كوچك به طور يكنواخت بر روي سطح خارجي داربست نانوالياف پلي اكريلونيتريل "PAN NFs" توزيع شدند كه منجر به تشكيل سطح خارجي چروكيده شد. در حالي كه، ذرات آلياژي در مقياس بزرگ در سطح داخلي داربست PAN NFs قرار گرفته‌اند. از آنجايي كه خواص ساختاري (بلوري، ريخت شناسي سطح، زبري و مكانيكي/آبدوستي) داربست هاي آلياژي (M′M″M‴@ PAN NFs) بهتر از داربست هاي ديگر بود. بنابراين، تمايز سلول‌هاي بنيادي در سطح آن‌ها مورد ارزيابي قرار گرفت. آزمايش‌هاي سلولي براي اين داربست‌ها افزايش چشمگير رشد، تكثير و تمايز سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي به سلول‌هاي استخواني روي داربست‌هاي آلياژي نانو (M′M″M‴@ PAN NFs) را در مقايسه با داربست‌ (PAN NFs) تأييد كرد. توانايي زيستي، معدني شدن ماتريكس سلولي، سطح كلسيم، فعاليت آلكالين فسفاتاز و سطح بيان ژن ها (Runx2، ALP، Col (I)، استئوكلسين و استئونكتين) در سلول هاي بنيادي مزانشيمي كشت شده بر روي اين نانو داربست‌هاي آليآژ دارشده در روزهاي (7، 14 و 21) افزايش يافته است. به طور قابل ملاحظه. اين افزايش در رفتار وابسته به دوز فلزات تشكيل دهنده (Pt، Au و Ag) با گروه كنترل و گروه داربست غير آلياژي (PAN NFs) مقايسه شد. اين احتمال وجود دارد كه اين افزايش در فرآيند تمايز استخواني سلول هاي بنيادي مزانشيمي نيز با فعال شدن برهمكنش (سطح سلول-داربست) انجام شود. با توجه به تمام نتايج اين مطالعه، Pt2Au1Ag1@ PAN NFs (اول)، Pt1Au2Ag1@ PAN NFs (دوم) و Pt1Au1Ag2@ PAN NFs (سوم) مي توانند از عوامل استخوان زايي ارزشمند در مهار مرگ سلولي، افزايش تكثير و بقاي سلولي باشند. در نتيجه، در سلول درماني پيشرفته و فناوري‌هاي مهندسي بافت مورد استفاده قرار گرفت. نتيجه گيري: افزون بر تفاوت‌هاي ريخت شناسي نانو داربست‌هاي آلياژ دارشده (M′M″M‴@ PAN NFs)، ميزان كلسيم، فعاليت آنزيم آلكالين فسفاتاز و فعاليـت متابوليـك سـلول‌هـاي مزانشـيم و استئوبلاست با يكديگر متفاوت هستند. لذا مي‌توان براي تشخيص تمايز آزمايشـگاهي سـلول‌هـاي بنيـادي مزانشيمي اسـتخوان بـه استئوبلاست، افزون بر رنگ آميزي آليزارين از فاكتورهاي ذكر شده در اين پژوهش نيز استفاده كرد. به‌دليل آن‌ها قابليت استخوان‌سازي عالي دارند، در طب ترميمي جهت بازسازي بافت استخوان مفيد خواهد بود.

1400/12/16

Fabrication of PAN scaffold containing PtAuAg nanoalloy for bone differentiation of mesenchymal stem cells

2/23/2023 12:00:00 AM

Background: Today, the use of stem cells and different nanoscaffolds (containing different mineral compounds) in stem cell differentiation is considered as a therapeutic strategy. The purpose of this project was to fabricate and characterize alloy nanoparticle powder (binary and ternary) and alloyed polyacrylonitrile nanoscaffold fibers, containing binary alloy particles (M′M″@ PAN NFs) and containing tertiary alloy particles M′M″M‴@ PAN NFs. Then, the effect of alloyed nanoscaffold (M′M″M‴@ PAN NFs), which contain different amounts of constituent metals of Pt, Au and Ag, on the proliferation, growth, metabolic activity, and bone differentiation activity of mesenchymal stem cells in in-vitro conditions was examined. Materials and methods: In an experimental study, nanoparticles of binary and ternary alloys were fabricated by environmentally friendly method (ultrasonic method) using green solvent. The polymer solution was heated at 75 ° C for 18 hours in order to modify the polymer structure and create a ring structure riched with the functional groups. The alloy particles were then loaded on electrospun polyacrylonitrile nanofibers. Physicochemical, mechanical, wetting and biological properties of alloyed nanoscaffolds were evaluated by X-ray diffraction, microscopes (scanning, transmission and atomic), FT-IR, water contact angle measurements, tensile, MTT, alkaline phosphatase, mineralization, allizarin and gene expression. Findings: In the present study, all synthesized fibrous scaffolds were prepared at the nanoscale. The physicochemical properties of alloyed scaffold structures have been carefully investigated. The results of physicochemical characterization showed that changes in crystalline properties, morphology, structure and stability, mechanical properties and hydrophilicity of the polymer matrix occurred with changes in the type of alloy nanoparticles. Morphological studies of the of all synthesized scaffolds showed that the morphology and roughness of their surfaces were different by creating a three-dimensional space, which was due to differences in the shape of the alloy particle pieces and their distribution on the scaffolding surface. Furthermore, Small-scale alloy nanoparticles were uniformly distributed on the outer surface of the scaffold of the polyacrylonitrile nanofibers “PAN NFs”, leading to formation of wrinkled outer surface. While, the large-scale alloy particles were located on the inner surface of the PAN NFs scaffold. Because the structural properties (crystallinity, surface morphology, roughness and mechanical/hydrophilicity) of the alloyed scaffolds (M′M″M‴@ PAN NFs) were better than other scaffolds, thus, the differentiation of stem cells on their surface was assessed. Cellular experiments for these scaffolds confirmed a dramatic increase in growth, proliferation, and differentiation of mesenchymal stem cells into bone cells on alloyed nano-scaffolds (M′M″M‴@ PAN NFs) compared to scaffolds (PAN NFs). Bioavailability, cellular matrix mineralization, calcium level, alkaline phosphatase activity and expression levels of genes (Runx2, ALP, Col (I), osteocalcin and osteonectin) in mesenchymal stem cells cultured on these nano-alloyed scaffold in days (7, 14 and 21) have increased significantly. This increase in dose-dependent behavior of the constituent metals (Pt, Au and Ag) was compared with the control group and the non-alloy scaffold group (PAN NFs). It is likely that this increase in the osteogenic differentiation process of mesenchymal stem cells is also mediated by activation of the interaction (cell-scaffold surface). According to all the results of this study, Pt2Au1Ag1 (first), Pt1Au2Ag1 (second) and Pt1Au1Ag2 (third) can be valuable osteogenesis factors in inhibiting cell death, increasing cell proliferation and survival. As a result, it was used in advanced cell therapy and tissue engineering technologies. Conclusion: In addition to the morphological differences of the alloyed fibrous scaffolds (M′M″M‴@ PAN NFs), the amount of calcium, the activity of the alkaline phosphatase enzyme and the metabolic activity of the osteoblasts are different from each other. Therefore, in addition to Alizarin staining S, the factors mentioned in this study can be used to detect in-vitro differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts. Because they have excellent ossification capabilities, they will be useful in restorative medicine to regenerate bone tissue.

غفار كاره

آزاده تجردي