17392

17392

ساخت و بررسي داربست نانو كامپوزيتي كيتوسان/هيدروكسي آپاتيت/دايوپسايد

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

ارديبهشت 1396

دكتر خاوندي

مواد و متالورژي

مهندسي بافت استخوان شامل مباني مهندسي و بيولوژي استخوان است كه از طريق ماتريس¬هاي موقت به نام داربست، بافت استخوان از دست رفته را ترميم مي¬كند. داربست¬ها از مواد متعلق به دسته¬بندي¬هاي مختلف، از جمله پليمرها و سراميك¬ها ساخته مي¬شوند. كيتوسان يك پليمر زيست سازگار و زيست تخريب است كه به طور گسترده به عنوان يكي از مواد سازنده داربست مورد استفاده قرار مي¬گيرد. كامپوزيت¬هايي كه از تركيب پليمرهاي زيست تخريب پذير و سراميك¬هاي زيست فعال از جمله كيتوسان و هيدروكسي آپاتايت ساخته مي¬شوند مواد مطلوبي براي تهيه داربست به شمار مي¬روند، همچنين دايوپسايد عضوي از سيليكات¬هاي زيست فعال است كه زيست سازگاري بالاي آن با بافت ميزبان و استحكام مكانيكي عالي اين ماده باعث شده است كه انتخاب خوبي در مهندسي بافت سخت محسوب شود. در اين مطالعه نمونه هاي كامپوزيتي به‌منظور استفاده در كاربردهاي مهندسي بافت استخوان به روش خشكاندن انجمادي تهيه گرديد، نسبت كيتوسان به هيدروكسي آپاتيت در نمونه ها 4 به 6 و نانو ذرات دايوپسايد در مقادير %5، %10و 15% وزني افزوده شد بدين منظور كيتوسان از پوست ميگو و هيدروكسي آپاتايت از استخوان قلم گوساله استخراج گرديد. همچنين نانو ذرات دايوپسايد با استفاده از روش سل-ژل تهيه شد. در راستاي بررسي اثرات متفاوت هيدروكسي آپاتايت و دايوپسايد درون داربست، هركدام از اين مواد به‌طور جداگانه و همچنين در تركيب با يكديگر به محلول¬هاي پليمري اضافه گرديد. ساختار و تركيب فازي نمونه¬ها به كمك آزمون پراش اشعه ايكس (XRD)، طيف¬سنجي مادون قرمز FTIR))¬ و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت، نمونه¬هايي با ساختار متخلخل به¬هم پيوسته و درصد تخلخل 90%-76% توليد شد. خواص مكانيكي نمونه¬ها¬ به كمك آزمون استحكام فشاري مورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشان داد كه داربست حاوي %5 وزني دايوپسايد بيشترين استحكام فشاري را داشته و در محدوده استحكام فشاري استخوان اسفنجي قرار دارد و در درصد هاي بالاتر دايوپسايد استحكام فشاري كاهش مي¬يابد. بررسي درصد تغييرات وزني نمونه¬ها و تشكيل آپاتايت در سطح نمونه¬ها بعد از غوطه¬وري در محلول SBF به مدت 4 هفته نشان داد كه افزودن دايوپسايد باعث افزايش زيست فعالي و پايداري داربست كيتوسان/هيدروكسي آپاتيت مي¬شود. به‌منظور بررسي دقيق¬تر زيست سازگاري نمونه¬ها، از آزمون¬هاي سميت سلولي، چسبندگي سلولي و آنزيم آلكالين فسفاتاز استفاده شد. نتايج نشان داد كه افزودن نانو ذرات هيدروكسي آپاتيت و دايوپسايد باعث بهبود چسبندگي سلولي مي-شود، همچنين يون¬هاي آزاد شده از دايوپسايد كه شامل سيليسيم و منيزيم است باعث افزايش تكثير و تمايز سلول¬هاي استئوبلاست مي¬شود.

1396/03/16

1/1/1900 12:00:00 AM

Bone tissue engineering encompasses the principles of bone biology and engineering disciplines to augment bone loss through the use of temporary matrices called as scaffolds. Scaffolds are fabricated by materials belonging with various classes including polymers, ceramics. Chitosan (CS), is a natural biocompatible and biodegradable polymer, which has been widely used as one of the scaffolding materials. Composite materials based on combinations of biodegradable polymers and bioactive ceramics, including CTS and HAp, are discussed as suitable materials for scaffold fabrication, although diopside is a member of bioactive silicates, because of its biocompatibility with host tissue and high mechanical strength, it’s a good choice for hard tissue engineering. The scaffolds fabricated by freeze drying method, and the ratios of the ceramic components in composites were 5/57/38, 10/55/35, 15/52/33 (DP/HA/CS, w/w %) for purpose of using it for bone tissue engineering. Chitosan and hydroxyapatite were extracted from shrimp shell and bovine bone respectively, and diopside nano particles prepared by sol gel method. The physicochemical properties of scaffolds were investigated using FTIR, XRD, SEM, EDX, techniques. Composite scaffolds had 76–92% porosities with interlinked porous networks. To investigate mechanical properties of samples, compression test was done. The data indicated that, sample with 5% diopside has the compressive strength in the range of cancellous bone compressive strength. Relative weight percentage and apatite formation of scaffolds after 4 week immersion in SBF solution showed that addition of diopside increases bioactivity of scaffolds and make them more stable in SBF solution. In order to eva​luate biocompatibility of samples, MTT assay, cellular attachment and ALP activity tests were done. Results illustrated that the developed composite scaffolds could be a potential candidate for tissue engineering.