طراحی، ساخت و مشخصه یابی داربست نانوکامپوزیتی لیفی پلی کاپرولاکتون-فورستریت برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان

چکیده تلاشهای زیادی به منظور بکارگیری مهندسی بافت در جهت ترمیم و بازسازی اعضای مختلف بدن انجام شده است. در این میان، استفاده از مهندسی بافت برای بازسازی عیوب و نواقص استخوانی به منظور تقلید از مکانیزم طبیعی بدن در ترمیم بافت، از اهمیت زیادی برخوردار است. با توجه به ساختار لیفی نانوکامپوزیتی زمینه استخوان، ساخت داربست نانوکامپوزیتی زمینه پلیمری با پرکننده نانومتری میتواند در جهت بهبود و التیام سریعتر عضو بیمار موثر باشد. امروزه، فرایند الکتروریسی یکی از روشهای موثر برای ساخت داربستهای نانولیفی است. بر ا ین اساس، هدف از پژوهش حاضر طراحی، ساخت و مشخصه یابی داربستهای لیفی نانوکامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- فورستریت با استفاده از فرایند الکتروریسی است . در این پژوهش، ابتدا با ساخت داربست خالص پلی کاپرولاکتون، پارامترهای مختلف فرایند الکتروریسی و محلول پلی کاپرولاکتون در جهت ایجاد ساختاری با کمترین قطر الیاف و مورفولوژی بهینه انجام شد . در ادامه، محدوده بهینه غلظت فورستریت نانومتری در زمینه پلی کاپرولاکتون با استفاده از فرایند طراحی آزمون تاگوچی، تعیین و بر اساس آن داربست پلیکاپرولاکتون-فورستریت با درصدهای مختلف فورستریت نانومتری به منظور تعیین داربست بهینه از نظر خواص مکانیکی، نرخ تخریب زیستی، زیست فعالی و زیست سازگاری، بررسی شدند. همچنین، اثرات فورستریت نانومتری بر ضریب کشسانی داربستهای لیفی با استفاده از مدلهای ریاضی پیش بینی شد. در ادامه به منظور بهبود توزیع کینواخت نانوذرات فورستریت در زمینه پلیکاپرولاکتون، نانوذرات فورستریت با استفاده از فرایند شیمیایی، اصلاح سازی سطحی شده و اثرات این اصلاح سازی بر خواص فیزیکی، مکانیکی، ساختاری و بیولوژیکی داربست نهایی بررسی شد . از آنجایی که یکی از مهمترین محدودیت های پلیمره ای مصنوعی، آبدوستی ضعیف آنها است، داربست لیفی لایه-لایه از پلیکاپرولاکتون-فورستریت و ژلاتین با استفاده از فرایند الکتروریسی ساخته و اثرات این ساختار بر قابلیت چسبندگی و رشد سلولی، خواص مکانیکی، فیزیکی و تغییرات مورفولوژی داربست ها بررسی شد . با توجه به اثرات مفید فاکتورهای تمایز در تسریع التیام و استخوان سازی، داروی دگزامتازون در حین فرایند ساخت داربستهای خالص پلیکاپرولاکتون و کامپوزیت پلیکاپرولاکتون-فورستریت، به آنها اضافه شد و نقش نانوذرات فورستریت و نوع آرایش الیاف در داربست ساخته شده بر نرخ رهایش د ارو و سینتیک آن ارزیابی شد . نتایج تحقیقات نشان داد که حضور نانوذرات فورستریت در الیاف پلی کاپرولاکتون سبب کاهش قطر الیاف و افزایش قابل توجه خواص مکانیکی داربست ها در مقایسه با پلیکاپرولاکتون خالص شد. داربستهای لیفی با الیاف جهتدار خواص مکانیکی غیریکنواختی را در دو جهت موازی و عمود بر اعمال بار از خود نشان می داد، ضمن آنکه خواص مکانیکی افزایش قابل توجهی نسبت به داربستهای با الیاف تصادفی داشت. نتایج انطباق نتایج آزمایشگاهی با معادلات مرتبط نشان داد که در بین 4 مدل مورد بررسی برای پیش بینی رفتار مکانیکی، مدل نارکیس بیشترین انطباق را با خواص مکانیکی بدست آمده دارد. حضور نانوذرات فورستریت در زمینه پلیکاپرولاکتون نه تنها سبب افزایش نرخ تخریب و جذب آب در مقایسه با پلی کاپرولاکتون خالص شد، بلکه سبب القای زیست فعالی به سیستم شد. حضور نانوذرات فورستریت سبب بهبود چشمگیر قابلیت چسبندگی سلول های پیشساز استخوانی و قابلیت مینراله شدن بافت استخوانی شد. فرایند استری کردن سطحی نانوذرات سبب بهبود سازگاری پلیکاپرولاکتون با نانوذرات شده که نتیجه آن توزیع یکنواخت نانوذرات در زمینه بود که سبب بهبود چشمگیر خواص مکانیکی داربستها شد. توسعه داربست لیفی لایه-لایه پلیکاپرولاکتون-فورستریت/ژلاتین سبب شد که ضمن افزایش اندازه حفرات در حدود 40 میکرومتر، زاویه تماس با آب به طور قابل توجهی کاهش پیدا کند . همچنین حضور ژلاتین سبب بهبود قابل توجه چسبندگی، رشد و تکثیر سلول های بنیادی پالپ دندان شیری شد. علاوه بر این، افزایش اندازه حفرات سبب شد امکان رشد سلول در لایه های پایینتر از سطح داربست نیز فراهم آید . در (shed) ادامه نتایج نشان میدهد که نرخ رهایش و مکانیزم رهایش دگزامتازون بارگذاری شده در داربستهای لیفی پلیکاپرولاکتون-فورستریت تابع نحوه آرایش الیاف و حضور نانوذرات فورستریت بود. به طور کلی حضور نانوذرات فورستریت سبب افزایش قابل توجه حجم داروی رهایش یافته از داربستها شد، ضمن آن که مکانیزم رهایش آن ها از انتشار به ترکیبی از انتشار و تخریب داربست تغییر کرد. همچنین با ارزیابی معادلات تجربی گوناگون حاکم بر سسیستمهای رهایش دارو، مشاهده شد که در حالی که رهایش دگزامتازون از داربست لیفی پلیکاپرولاکتون خالص با معادله هیگوچی تطابق خوبی دارد، حضور نانوذرات فورستریت سبب میشود که معادله اصلی حاکم بر سیستم رهایش داروی دگزامتازون بر مبنای معادله در جه اول باشد . در نهایت، نتایج نشان داد که ترکیبی از ترکیب شیمیایی داربست، نحوه شد. بر این اساس، داربست لیفی پایه پلی- shed آرایش الیاف و رهایش دگزامتازون از سیستم سبب القای قابلیت تمایز به سلولهای کاپرولاکتون-فورستریت با خواص مکانیکی، فیزیکی و زیستی قابل کتنرل میتواند داربست مناسبی جهت ترمیم عیوب استخوانی باشد.