داربست نانوفیبری PCL/gelatin با نسبت وزنی 70: 30 و داربست نانوکامپوزیتی 70: 30 PCL/gelatin حاوی 5/0 درصد وزنی نانولوله کربنی چند دیواره عامل دار شده با گروه کربوکسیلfunctionalized by carboxyl) ) به روش الکتروریسی تهیه شدند. مورفولوژی، خواص فیزیکی و مکانیکی داربست ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی، طیف سنجی مادون قرمز، زاویه تماس آب و استحکام کششی مورد ارزیابی قرار گرفت. داربست حاوی MWNTs به علت افزایش رسانایی محلول و نحوه قرار گرفتن MWNTs در نانو الیاف پلیمری، از توزیع قطر الیاف و میانگین قطر الیاف مناسب تری نسبت به داربست فاقد MWNTs برخوردار است. حضور MWNTs هیچ گونه اثر مخربی بر روی درصد تخلخل سطح داربست نداشته و درصد تخلخل در سطح داربست ها بیش از 80% است. بر اساس طیف سنجی مادون قرمز، برهم-کنش میان گروه آمین ژلاتین و گروه کربوکسیل MWNTs، می تواند به طور مستقیم بر روی خواص مکانیکی تاثیر گذار باشد. افزودن MWNTs به داربست نانوفیبری70: 30 PCL/gelatin موجب کاهش قابل توجه زاویه تماس آب و افزایش قابل ملاحظه میانگین استحکام کششی تا حدود هفت برابر نسبت به داربست فاقد MWNTs شده است. بهبود خواص مکانیکی داربست را می توان به علت استحکام ذاتی بالای MWNTs، قرار گیری آن در طول الیاف پلیمری و پراکندگی مناسب آن در زمینه پلیمری دانست. داربست PCL-gelatin/0. 5%wt. MWNT می تواند یک داربست مناسب برای کاربردهای مهندسی بافت باشد.

مقدمه مزایای استفاده از داربست های متخلخل نانوبیوکامپوزیت برای کاربرد شکستگی های فک و صورت و بهینه سازی سطوح داخلی گرافت های مصنوعی با استفاده از فناوری نانو می تواند چسبندگی سلول های استخوانی، خواص مکانیکی و سرعت جذب را بهبود بخشد. مطالعات مختلفی بر روی داربست متخلخل به ویژه برای قسمت های شکسته و تخریب شده ی استخوان های صورت انجام شده است. هدف از این مطالعه، بررسی رفتار زیستی، تجربی و عددی خواص مکانیکی داربست متخلخل است که شرایط بارگذاری استاتیکی را بر عهده دارد. مواد و روش ها در این مطالعه ی عددی-آزمایشگاهی (دانشکده ی مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، زمستان 1400)، یک داربست استخوانی با استفاده از دستگاه چاپگر سه بعدی (Three-Dimensional Printing) با فرایند مدل سازی لایه نشانی مذاب FDM (Fused Deposition Modelling)، برای استفاده در قسمتی از استخوان فک از مواد نانوکامپوزیتی پلی کاپرولاکتون-فلویورآپاتیت PCL/nFA (Polycaprolactone-Fluorapatite) که حاوی (0، 10، 20 و 30 درصد وزنی) نانوذرات سرامیک بوده طراحی و ساخته شده است. داربست ها با تخلخل 70 درصد در نرم افزار سالیدورک طراحی گردید و به نرم افزار آباکوس برای فرایند شبیه سازی انتقال داده شد. سطح معنی داری متغیرهای کمی (0/05 > p value) نیز توسط نرم افزار تعیین شد. یافته ها آزمون زیست فعالی داربست های خالص و کامپوزیتی پس از غوطه وری در محلول شبیه سازی شده ی بدن به مدت 28 روز نشان دادند که در نمونه ی کامپوزیتی PCL/20nFA بیشترین آپاتیت بر روی سطح تشکیل شده است. زنده مانی سلول ها بر روی داربست توسط رنگ آمیزی DAPI (4′, , 6-diamidino-2-phenylindole) و میکروسکوپ فلورسنت تایید شد. نتیجه گیری نتایج شبیه سازی آزمون فشار و میزان تنش فون میسز نشان داد که می توان از مدل داربست متخلخل برای جایگزینی در استخوان فک و صورت استفاده کرد که از استحکام و پایداری مکانیکی مناسبی برخوردار است.

ویژگی های مکانیکی و ساختاری داربست های مهندسی بافت یکی از عوامل مهم در بازسازی و ترمیم بافت محسوب می شوند. از این رو، در پژوهش حاضر، به بررسی تاثیر میزان نانوذرات اکسید روی و مورفولوژی داربست بر خواص مکانیکی داربست های نانوکامپوزیتی پلی کاپرولاکتون/ نانوذرات اکسید روی پرداخته شد. در این پژوهش، داربست های نانوکامپوزیتی پلی کاپرولاکتون/ نانوذرات اکسید روی به روش ریخته گری حلال/ شستشوی ذرات نمک و با سه غلظت متفاوت 0، 5 و 15 درصد وزنی نانوذرات اکسید روی تهیه شدند. سپس، از روش پراش پرتو ایکس (XRD) به منظور تایید فازهای مطلوب در ترکیب داربست استفاده شد. استحکام فشاری داربست های ساخته شده نیز به عنوان شاخصی از خواص مکانیکی، ارزیابی شد. همچنین، به منظور بررسی مورفولوژی و تخلخل داربست ها و توزیع نانوذرات اکسید روی در داربست از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزودن نانوذرات اکسید روی به عنوان تقویت کننده، استحکام فشاری داربست ها افزایش می یابد. از سوی دیگر، با افزایش نانوذرات اکسید روی به بیش از 5 درصد وزنی، استحکام فشاری کاهش یافت. در واقع، داربست نانوکامپوزیتی پلی کاپرولاکتون/ اکسید روی با 5 درصد وزنی اکسید روی بیشترین میزان استحکام و مدول فشاری و یکپارچگی ساختار را داشت.

در این پژوهش داربست نانوکامپوزیتی متخلخل پلی کاپرولاکتون(PCL) و نانوهیدروکسی آپاتیت(HA) مستخرج از پوسته تخم مرغ به روش ریخته گری حلال/فروشویی ذره با استفاده از نمک سدیم کلرید و پلی اتیلن گلیکول به عنوان ذرات پروژن تهیه گردید. ذرات پروژن با مقدار کلی 70% با نسبت 20% پلی اتیلن گلیکول و 50% نمک بکار گرفته شد. جهت استخراج HA از پوسته تخم مرغ از روش مایکروویو و آلتراسونیک استفاده گردید. نتایج پراش پرتو X (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که سنتز HA از پوسته تخم مرغ به روش مایکروویو درجه خلوص بالاتری دارد. اندازه بلورک HA سنتز شده از پوسته تخم مرغ تقریبا nm 21 محاسبه گردید. نتایج SEM نشان داد که داربست تهیه شده از 10%، HA سنتزی دارای تخلخل های با اندازه حفره میکرو و ماکرو، بهم مرتبط و با توزیع یکنواخت است. طیف FTIR حضور PCL و HA را در داربست ها تایید می کند. نتایج آزمون استحکام فشاری نشان داد که مدول یانگ داربست کامپوزیتی PCL/HA حاوی wt%10HA سنتزی MPa04/1 می باشد که بیشتر از مدول یانگ نمونه ساخته شده از HA تجاری (MPa 63/0) است. در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد که پوسته تخم مرغ، منبع طبیعی خوبی جهت سنتر هیدروکسی آپاتیت می باشد که می توان از آن در ساخت داربست های کاربردی در مهندسی بافت بهره برد.

چاپ سه بعدی داربست ها در دمای پایین نویدبخش زیادی برای ساخت جایگزین های مصنوعی پیوند استخوان با عملکرد بیشتر نسبت به تکنیک های سنتی است. یکی از امیدوارکننده ترین استراتژی ها در مهندسی بافت استخوان روی توسعه داربست های biomimetic متمرکز شده است. داربست ها با پایه سرامیک با توانایی استئوژنیک و خواص مکانیکی، کاندیدای امیدوارکننده ای برای ترمیم استخوان هستند. هدف از این مطالعه متناسب سازی انعطاف پذیری و خاصیت القای استخوان داربست سه بعدی پلی کاپرولاکتون (PCL) تهیه شده با روش مدل رسوب ذوب شده (FDM)، با استفاده از تلفیق کلاژن (COL) به عنوان پلیمر طبیعی همراه با پلیمر مصنوعی و بررسی رفتار سلول های MG63بر روی آن بود. بعد از تهیه داربست، از آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی پراش انرژی ایکس (EDX) و طیف سنجی ATR-FTIR استفاده شد. پس از گذشت 1، 7، 14 روز، بررسی روند استخوان سازی سلول های در تیمارهای مختلف، با استفاده از رنگ آمیزی آلیزارین رد و فعالیت آلکالین فسفاتاز (ALP) صورت گرفت. همچنین عدم سمیت داربست ها برای اطمینان از تکثیر سلول ها توسط آزمون MTT مورد بررسی قرار گرفت. از مشاهده زیر میکروسکوپ، مشخص شد که داربست های مهندسی بافت منافذ مربعی شکل را به طور یکنواخت توزیع و بهم متصل کرده اند. داربست COL/PCL تفاوت معنی داری را از لحاظ قابلیت بقا نسبت به داربست PCL تنها در محیط تمایزی نشان داد (P ≤ 0. 0001). نتایج ارزیابی فعالیت ALP در داربست PCL/COL به طور معنی داری بالاتر از داربست PCL بدون پوشش و کنترل بود (P ≤ 0. 0001). نتایج بدست آمده در این تحقیق نشان داد استفاده از داربست PCL به همراه COL می تواند به عنوان محیط مناسبی به منظور تکثیر و تمایز سلول های MG63 در نظر گرفته شود. بنابراین، داربست کامپوزیت PCL/COL که توسط چاپگر FDM تهیه شده اند، بدلیل بقای سلولی بواسطه COL است، می تواند کاربرد وسیع تری در مهندسی بافت استخوان داشته باشد.

در سال های اخیر استفاده از داربست های نانوکامپوزیتی پلیمر-سرامیک در مهندسی بافت استخوان به دلیل شباهت این ساختارها به بافت طبیعی استخوان، مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، پلی کاپرولاکتون در ساخت داربست های استخوانی مورد توجه است. کامپوزیت کردن پلی کاپرولاکتون با فازهای سرامیکی مانند زیولیت که توانایی بهبود تشکیل استخوان را دارند می تواند منجر به بهبود کارایی این پلیمر در داربست های استخوانی شود. هدف از این پژوهش، ساخت داربست نانوکامپوزیتی پلی کاپرولاکتون-زیولیت با خواص مکانیکی، زیست تخریب پذیری و زیست فعالی مناسب برای کاربرد در مهندسی بافت استخوان اسفنجی است. برای ساخت این داربست از دو روش ریخته گری حلال-شستشو ذرات و خشک کردن انجمادی در کنار هم استفاده شد. بررسی های میکروسکوپی نشان داد که اندازه تخلخل های داربست های حاصل بین 200 تا 400 میکرومتر است. نقشه توزیع عنصری، توزیع یکنواخت فاز نانوزیولیت را در زمینه پلی کاپرولاکتون تایید کرد. همچنین با توجه به نتایج طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه نوع اتصال نانوذرات زیولیت به زمینه پلی کاپرولاکتون اتصال فیزیکی تعیین شد. نتایج بررسی خواص مکانیکی داربست ها نشان دهنده افزایش مدول یانگ و استحکام فشاری (به ترتیب از 0/04 تا 0/3 و 3 تا 7 مگاپاسکال) بعد از اضافه شدن فاز نانوزیولیت به داربست ها بود. با افزودن نانوزیولیت آبدوستی پلی کاپرولاکتون افزایش یافت و کاهش وزن بیشتری مشاهده شد (برای داربست حاوی 20 درصد زیولیت 1/6 ±,53/52 درصد)، همچنین تشکیل هیدروکسی آپاتیت در محیط شبیه سازی شده بدن سرعت گرفت. نتایج نشان می دهد که داربست های ساخته شده قابلیت کاربرد در مهندسی بافت استخوان اسفنجی را دارند.

در این تحقیق درصد های وزنی مختلف نانو لوله های کربن تک دیواره عامل دار شده با گروه آمین (SWCNTs-amine) با درصدهای وزنی 0، 0. 1، 0. 2 و 0. 5 به پلی کاپرولاکتان (PCL) به منظور افزایش خواص زیستی و مکانیکی داربست اضافه و نانو فیبر های کامپوزیتی PCL-SWCNTs با روش الکتروریسی تهیه شد. چسبندگی، تکثیر، تمایز و زنده مانی سلول های بنیادی مزانشیمال مشتق شده از مغز استخوان موش (BMSCs) بر روی داربست ها توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (SEM)، آزمون های MTT، live-dead و آلکالین فسفاتاز بررسی شد. مورفولوژی، خواص مکانیکی و زیست فعالی داربست ها نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، آزمون استحکام کششی و آزمون زیست فعالی در محیط شبیه سازی شده بدن (SBF) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نانوکامپوزیت حاوی 2/0 درصد نانوله کربنی داری بیشترین میزان استحکام کششی در حدود 10 مگا پاسکال است که در مقایسه با نمونه الکتروریسی شده PCL خالص، افزایش قابل توجهی داشته است. همچنین هیچ کدام از نمونه ها پس از گذشت 1، 3 و 5 روز سمیتی از خود نشان ندادند. بعلاوه، بررسی های صورت گرفته با SEM نشان داد که استفاده از نانو لوله های کربن تک دیواره، چسبندگی و نفوذ سلولهای BMSC بر روی الیاف داربست را افزایش داده است. این افزایش در نمونه نانوکامپوزیتی حاوی 5/0 درصد وزنی نانولوله کربنی مشهودتر بود. همچنین نتایج آزمون آلکالین فسفاتاز بهبود تکثیر و تمایز سلول ها را بر روی داربست های حاوی نانوذره نسبت به PCL خالص نشان داد.

در این مطالعه به منظور دستیابی به داربست های با خواص مطلوب از نقطه نظرهای خواص مکانیکی و زیستی، با بکار گیری پلیمرهای PCL و PHBV به مهندسی بافت استخوان پرداخته شده است. برای ساخت داربست ها از روش الکتروریسی به صورت هسته-پوسته استفاده شده است. پلی کاپرولاکتون پلیمر هسته و PHBV پلیمر پوسته را تشکیل داده است. نتایج خواص مکانیکی نمونه ها نشان داد که افزودن گرافن اکسید سبب بهبود قابل توجه خواص الاستیک داربست ها بخصوص مدول الاستیک تا MPa 14/61 و استحکام کششی تا MPa 24/3 شده است. نتایج آزمون سمیت سلولی با روش MTT، به خوبی نشان داد که نمونه ها در مقایسه با نمونه کنترل برای زمان های 1، 3، 5 و 7 روز زنده مانی سلولی بهتری داشته که نشان از چسبندگی و رشد سلولی مناسب بر روی داربست های ساخته شده بوده است. همچنین به منظور ارزیابی توانمندی داربست ها در تمایز سلولی از آزمون فعالیت آلکالین فسفاتاز (ALP) استفاده شد و میزان ALP نمونه ها در روز 7، 14 و 21 از کشت سلولی مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاکی از افزایش میزان ALP تا روز 14 بخصوص برای نمونه BS3 بوده است که مویید صحت تمایز سلول ها بوده است. همچنین از آزمون رنگ آمیزی آلیزارین قرمز (ARS) برای تایید تمایز سلولی و معدنی شدن داربست ها استفاده شد، که این آزمون هم فرآیند معدنی شدن برای نمونه ها را نشان داد.

امروزه استفاده از مخلوط پلیمرهای طبیعی و سنتزی در تولید داربست های زیستی به دلیل قابلیت دستیابی به ویژگی های مطلوب، بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گفته است. در این پژوهش، داربست های نانولیفی مخلوط پلی کاپرولاکتون- کیتوسان- پلی وینیل الکل از محلول مخلوط پلیمرها با نسبت 2: 1: 1.5 به روش الکتروریسی تهیه شد. بررسی های میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده دستیابی به نانوالیافی با قطر متوسط 136±21 nm و شکل شناسی بسیار یکنواخت بدون دانه تسبیحی است. آزمون های استحکام کششی و اندازه گیری زاویه تماس روی شبکه نانولیفی نشان می دهد، اضافه شدن پلی کاپرولاکتون سبب بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی شبکه حاصل می شود. به عنوان یک نتیجه، افزودن پلی کاپرولاکتون به مخلوط سبب حفظ تمامیت فیزیکی شبکه حاصل در محیط آبی بدن شده است. برای بررسی مقدار زیست سازگاری و بررسی خواص زیستی داربست تولید شده، سلول های فیبروبلاست روی نمونه های مدنظر کشت داده شدند. نتایج آزمون های زیستی نشان دهنده سلول سازگاری بسیار عالی داربست های نانولیفی حاصل بوده است. در بحث مهندسی بافت، روی نیمی از داربست ها سلول های بنیادی مزانشیمی بند ناف انسانی کاشته شده است. برای بررسی چگونگی اثربخشی داربست های حاصل در ترمیم زخم، مطالعات بالینی بر پوست پشت موش های صحرایی با بررسی ترمیم زخم های برشی تمام عمق انجام شده است. نتایج پاتولوژی نشان دهنده اثر بخشی بسیار مناسب داربست های نانولیفی در مقایسه با نمونه های کنترل (بدون داربست) است. زخم های ترمیم شده با داربست در روز دهم پس از جراحی به حد نهایی ترمیم رسیدند، در حالی که زخم های گروه کنترل پس از 15 روز به این حد ترمیم دست یافتند. همچنین، اثر بهبود داربست های با سلول بنیادی در مقایسه با داربست های بدون سلول به دلیل قابلیت کلاژن سازی سلول های بنیادی بهتر بوده است.