25861

ساخت و مشخصه¬يابي داربست نانوكامپوزيتي پلي¬كاپرولاكتون - زئوليت حاوي سيس¬پلاتين جهت كاربرد در درمان سرطان استخوان

دكتري

مهندسي مواد و متالوژي

1393

1400/07/11

دكتر جعفر جوادپور - دكتر حميدرضا رضايي

دكتر مهشيد خرازيها

مهندسي مواد و متالوژي

هدف از پژوهش حاضر طراحي داربست نانوكامپوزيتي پلي¬كاپرولاكتون – زئوليت حاوي داروي سيس¬پلاتين با استفاده از فرايند ريخته¬گري حلال و خشك كردن انجمادي به منظور بازسازي بافت استخوان همزمان با تاثير بر تكثير سلول¬هاي سرطان استخوان است. در اين راستا پس از سنتز نانوذرات زئوليت و بارگذاري سيس¬پلاتين در مقداري از اين نانوذرات، اثر پارامترهاي مختلفي مانند غلظت محلول دارو، pH محيط بارگذاري و زمان بارگذاري بر مقدار دارو بارگذاري شده ارزيابي و رهايش دارو در محيط¬هاي اسيدي و خنثي بررسي شد همچنين برهم¬كنش¬هاي سلولي نانوذارت زئوليت و نانوذرات زئوليت حاوي دارو ارزيابي شد. در ادامه، بعد از ساخت داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون - زئوليت ( با درصدهاي مختلف زئوليت نانومتري) تاثير حضور نانوذرات زئوليت بر خواص فيزيكي، مكانيكي، زيست¬تخريب پذيري، زيست¬فعالي و برهم¬كنش¬هاي سلولي داربست ارزيابي شد. علاوه¬براين داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون – زئوليت حاوي سيس¬پلاتين نيز ساخته شد و رهايش دارو از اين داربست¬ها و تاثير آن بررفتار¬ سلولي آن¬ها بررسي شد. نتايج نشان داد كه اندازه نانوذرات زئوليت سنتز شده 1/6 ± 1/12 نانومترو سطح ويژه اين ذرات 11 ± 4/523 متر مربع بر گرم مي¬باشد. ظرفيت بارگذاري، بازده و كارايي بهره¬وري بارگذاري سيس¬پلاتين در نانوذرات زئوليت به ترتيب 2/31 ، 7/93 و 0/78 درصد محاسبه¬شد. پرفايل رهايش دارو سيس¬پلاتين از نانوذرات زئوليت رهايش آهسته، پايدار و وابسته به pH، را در طول 7 روز قرارگيري در محيط انكوباتور نشان داد و سرعت رهايش دارو در محيط اسيدي نسبت به محيط خنثي بيشتر بود. ميزان داروي رهايش يافته در محيط اسيدي و خنثي به ترتيب 8/93 و 6/50 درصد محاسبه شد. مكانيزم رهايش دارو از نانوذرات زئوليت انتشار فيكي ملكول¬هاي سيس¬پلاتين از منافذ داخلي زئوليت و ورود اين ملكول¬ها به كانال¬هاي زئوليت و خروج از ذرات زئوليت پيش¬بيني شد. نتايج كشت سلول بر نانوذارت زئوليت و نانوذرات زئوليت حاوي دارو نشان داد حضور زئوليت فعاليت سلولي را بهبود بخشيده¬است در حاليكه رهايش سيس¬پلاتين از اين نانوذرات به شدت جمعيت سلول¬ها را كاهش داده¬است. داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون – زئوليت با اندازه حفرات داربست بين 200 تا 400 ميكرومتر و حضور ميكروتخلخل¬هايي با ابعاد در محدوده 1 تا 10 ميكرومتر ساخته شد. استحكام فشاري و مدول الاستيك داربست¬ها با افزايش درصد زئوليت و كاهش درصد تخلخل¬ها به ترتيب در محدوده 25/0 تا 5/7 و 0/2 تا 1/15 مگاپاسكال برآورد شد. سرعت تخريب و زيست فعالي داربست¬ها با افزايش درصد زئوليت تا 20 درصد افزايش پيدا كرد. سرعت رهايش سيس¬پلاتين از داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون - زئوليت در محيط اسيدي بالاتر بود و مكانيزم رهايش دارو از داربست نفوذ دارو و تخريب پليمر تعيين شد. 17/58 درصد از دارو تا روز 28 از داربست با 20 درصد زئوليت، رهايش يافت. نتايج كشت سلول بر داربست¬ها پلي¬كاپرولاكتون - زئوليت نشان داد كه حضور زئوليت منجر به افزايش تكثير سلول¬ها و رهايش سيس¬پلاتين از اين داربست¬ها باعث كاهش تكثير سلول¬ها شده¬است. بر اين اساس اميد است داربست پلي¬كاپرولاكتون – زئوليت حاوي سيس¬پلاتين، كه داربستي با خاصيت هدايت رشد استخوان است با رهايش سيس¬پلاتين به خصوص در pHهاي اسيدي رشد سلول¬هاي سرطاني را محدود كند.

1400/10/21

Cisplatin loaded polycaprolactone – zeolite nanocomposite scaffolds for bone cancer treatment

10/3/2022 12:00:00 AM

In this study, a novel polycaprolactone– zeolite nanocomposite Y (PCL – Zeol) scaffold was fabricated as a carrier for sustained release of cisplatin (Cis) for bone cancer treatment. In this regard, after synthesis of Zeol with a proper morphological uniformity, Cis was loaded with a high loading capacity into the cavities of Zeol nanoparticles. So develop the pH-sensitive zeolite Y nanoparticles for the delivery of cisplatin (CIS). Subsequently, PCL – Zeol scaffolds consisting of various concentrations of Zeol were fabricated via a two-step particulate leaching freeze-drying approach. The obtained results showed that CIS was incorporated in the zeolite cavities with a loading capacity of 19.3 ± 0.6 - 32.4 ± 0.3%, depending on the pH value of the environment, time, and drug concentrations. Furthermore, pH-dependency of CIS release from ZC-NPs was verified by the in vitro drug release assessment. Noticeably, in an acidic environment (pH = 5.4) a faster release of CIS could be observed (93.8 ± 6.8% Vs 50.6 ± 2.4 % during 7 days of incubation). Based on the MTT assay results, the CIS released from ZC NPs showed a cytotoxic effect. However, not only zeolite nanoparticles were non-cytotoxic, but also the viability of MG63 cells was improved compared to the zeolite-free samples. The advantages of ZC-NPs such as good cytocompatibility, excellent physiological stability, and sustained pH-responsive release properties make it a promising system for the delivery of other chemotherapeutic drugs. Also the results demonstrated that the scaffolds with high porosity (74–90%) and open-pore diameter in the range of 200–400 µm were developed, depending on the Zeol content. Moreover, incorporation of 20 wt.% Zeol significantly improved the compressive strength (from 0. 25 ± 0.07 to 7.5 ± 0.45 MPa), hence making it a promising candidate for bone tissue engineering. The incorporation of 20 wt. % Zeol also promoted the in vitro bioactivity and, at the same time, kept the degradation rate in the appropriate range for bone regeneration (57.4 ± 1.5 gr/month). The PCL – Zeol nanocomposite scaffold could provide a pH-sensitive and sustained release of Cis after 7 days, following an initial burst release. The release rate of Cis from the PCL - Zeol scaffolds noticeably depended on the pH values of the surrounding environment. More specifically, 87.6% ± 4.1 of Cis was released at pH = 5.4 during 28 days of incubation. The MTT assay revealed that while the PCL – Zeol scaffolds promoted the viability of MG63 cells, the release of Cis from PCL – Zeol – Cis scaffold had a cytotoxic effect on the MG63 cells. In summary, PCL – Zeol – Cis scaffolds with significant bioactivity, mechanical properties, and cytotoxic effect on MG63 cells were fabricated with the potential application in the regeneration of bonecancer-affected tissues. The PCL – Zeol – Cis scaffolds might be useful for effective treatment of bone imperfection derived from surgery owing to bone cancer and might prevent the return of cancer cells.

زئوليت , پلي¬كاپرولاكتون , سيس¬پلاتين , نانو كامپوزيت , داربست , مهندسي بافت استخوان , رهايش دارو

Cisplatin , Zeolite , Polycaprolactone , Bone tissue engineering , Scaffold , Drug delivery , Nano-composite