در این تحقیق پلیمر پلی (وینیل الکل) به دو روش مختلف و با استفاده از عامل شبکه ساز شیمیایی هگزامتیلن دی ایزوسیانات و عملیات فریز-تاو و اعمال هر دو این روشها شبکه شده و تبدیل به ژل گردید. سپس به منظور استریلیزاسیون نمونه ها از پرتو گاما با دوز 25kgy استفاده شد. هدف اصلی این پروژه دستیابی به یک هیدروژل استریل شده با خصوصیات مطلوب و متناسب با بافت منیسک انسان است. سپس تاثیر هر یک از سه فاکتور عامل شبکه کننده شیمیایی، عملیات فریز-تاو و تابش گاما بر خصوصیات شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی و بیولوژیکی هیدروژل ها بررسی و نتایج حاصل شده گزارش شد. بررسی طیف ftir هیدروژل های شبکه شده با عامل شیمیایی نشان داد که پیوندهای یورتانی تشکیل شده و مقدار گروههای سمی ایزوسیانات به حداقل رسیده است. در اثر اعمال سیکل های فریز-تاو بلورینگی افزایش یافته است و تابش پرتو گاما نیز موجب افزایش بلورینگی پلیمر شده است. همچنین در طیف xrd مشاهده می شود که ایجاد ساختار شبکه ای و تابش پرتو گاما موجب افزایش بلورینگی پلیمر شده است که تاثیر عملیات فریز-تاو در افزایش بلورینگی بیش از سایرین است. افزایش غلظت عامل شبکه کننده موجب افزایش چگالی پیوندهای عرضی، سختی و کاهش خصوصیات کششی شده است و خصوصیات فشاری هیدروژل را در غلظت های پایین کاهش سپس افزایش داده است. افزایش تعداد سیکل های فریز-تاو نیز موجب افزایش چگالی پیوندهای عرضی و خصوصیات مکانیکی نمونه های تهیه شده گردیده است. تابش پرتو گاما نیز موجب افزایش چگای پیوندهای عرضی و خصوصیات فشاری و کششی و کاهش سختی نمونه ها شده است. مقدار عامل شیمیایی شبکه کننده باقی مانده با افزایش غلظت اولیه آن افزایش و با اعمال تابش گاما کاهش یافته است. هیچ یک از نمونه های تهیه شده سمیت سلولی از خود نشان نداده اند. در نهایت به هیدروژل هایی دست یافتیم که دارای خصوصیات شیمیایی، جذب آب، سختی و استحکام فشاری و خصوصیات بیولوژیکی مناسب بوده اما استحکام کششی کم تر از منیسک طبیعی دارند.

به عنوان مدل 3 بعدی، روش میکروکپسوله کردن اثر چشم گیری در مهندسی بافت و سلول درمانی، داشته است. درمان های جایگزینی سلول، با استفاده از منابع تجدید پذیر سلول های بنیادی، پتانسیل فوق العاده ای برای درمان گستره وسیعی از بیماری ها دارد. میکروکپسول های آلژیناتی قابلیت ایجاد سد ایمنی برای سلول های کپسوله شده را دارند که از سلول های انتقال یافته در برابر سیستم ایمنی بدن میزبان حفاظت می کند. با وجود این ویژگی خوب در آلژینات، عدم چسبندگی سلولی استفاده از آن را در مواردی دچار مشکل می سازد. این مشکل را می توان با اصلاح آلژینات با استفاده از پپتیدهای چسبنده سلولی برطرف کرد. در این پژوهش آلژینات را با استفاده از پپتیدهای ژلاتین، کلاژن و rgd اصلاح کرده و برای بررسی این اتصال از نمونه های پلیمری طیف ft-ir گرفته شد و پپتیدها با استفاده از دایرکت رد و کوماسی بلو رنگ آمیزی شدند. سلول های بنیادی مزانشیم انسان(hadscs) را از چربی استخراج کرده و پس از بررسی فلوسایتومتری برای تعیین هویت، آن ها را مورد بررسی چسبندگی و تکثیر سلولی با استفاده از mtt قرار دادیم، هم چنین پس از رنگ آمیزی با رنگ های فلورسانس از آن ها عکس گرفته شد، سلول ها را در پلیمرهای مختلف کپسوله کرده و پس از 7،3 و 14 روز بر روی ماتریژل مورد بررسی قرار گرفتند. برای تمایز سلول های مزانشیم آن ها را تحت اعمال بار برشی و کششی قرار دادیم. که به مدت 24 ساعت تحت تنش برشی معادل dyn/cm2 2.5 معادل فرکانس 2 هرتز و کرنش 10% قرار دادیم. پس از 24 ساعت سلول ها را درون میکروکپسول ها محبوس کرده به مدت 7 روز در انکوباتور قرار دادیم. پس از آن آزمون تشکیل تیوب از سلول های خارج شده بر روی ماتریژل و نیز آزمون real-time pcr انجام شد. سلول ها بر روی فیلم ها و ژل های آلژیناتی-rgd بهترین عملکرد خود را نسبت به دیگر پلیمرها ارائه دادند و بر روی این ژل چسبندگی، رشد و تکثیر سلول ها بهبود یافته بود. رشد سلول ها درون میکروکپسول های آلژیناتی و آلژیناتی اصلاح شده نسبت به کشت 2 بعدی افزایش چشم گیری داشت. نتایج real-time pcr نشان دهنده افزایش میزان بیان ژن های fl-k1، ve-cadherin و vwf در نمونه های تحت تنش و نیز نمونه های تحت تنش و سپس کپسوله شده نسبت به نمونه کنترل بود. نشان داده شده که سلول های مزانشیم کپسوله شده پس از اعمال تنش، توانستند بر روی ماتریژل ساختارهای تیوب مانند تشکیل دهند. نتایج بدست آمده، این فرضیه که آلژینات اصلاح شده با rgd در میان دیگر پپتیدهای اصلاح کننده محیط 3 بعدی بهتری برای بقا، چسبندگی و تمایز سلولی را فراهم می کند را تایید می کند.

آرتروز مفصلی به دلیل سائیدگی مفاصل در میان افراد کهنسال و نیز ورزشکاران شایع است که منجر به درد، شکنندگی، محدودیت حرکتی و تورم بافت می شود. هدف از پژوهش حاضر، بررسی تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت چربی خرگوش در داربست فیبروئین و داربست نانوکامپوزیتی فیبروئین/کندروئیتین سولفات/آلجینات به سمت سلول های غضروفی است. به این منظور داربست فیبروئین خالص و داربست فیبروئین/کندروئیتین سولفات/آلجینات حاوی و فاقد نانوذرات کیتوسان حامل فاکتور رشد به روش خشکاندن انجمادی تهیه گردید. از نسبت های وزنی متفاوت فیبروئین/کندروئیتین سولفات/آلجینات برابر با 100/0/0، 90/5/5، 70/15/15 و 50/25/25 در ساخت داربست استفاده شد. نانوذرات به روش ژل شدن یونی تهیه شدند و مطالعه تصاویر تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (fe-sem) اندازه ذرات را برابر با 5±30 نانومتر نشان داد. پس از افزودن نانوذرات به مقدار 10، 30 و 50 درصد وزنی به محلول های فیبروئین و فیبروئین/کندروئیتین سولفات/آلجینات، انجماد سوسپانسیون حاصل و سپس قرارگیری در دستگاه خشک کن انجمادی داربست های حاوی نانوذره حاصل شدند. در مرحله بعد، داربست ها توسط غوطه وری در محلول اتانول حاوی کربودی ایمید (edc) شبکه ای شدند و سپس مراحل پایانی شست و شو و خروج حلال انجام شد. مشخصه یابی داربست ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (atr-ftir)، گرماسنجی روبشی تفاضلی (dsc)، تفرق پرتو ایکس (xrd) و آزمون خواص مکانیکی فشاری انجام گردید. مدول فشاری داربست خالص فیبروئینی و هیبریدی به ترتیب برابر با 2/0±68/2 و 15/0±35/3 مگاپاسکال بود. بعد از افزودن 30 درصد وزنی نانوذرات کیتوسان به داربست هیبریدی، مدول فشاری به 15/0±6/5 مگاپاسکال رسید. گنجایش آب و میزان تخریب داربست نانوکامپوزیتی نیز به همین ترتیب افزایش یافت. میانگین اندازه دهانه حفره های داربست فیبروئین/کندروئیتین سولفات/آلجینات با نسبت 70/15/15 پس از افزودن 30 درصد وزنی نانوذرات کیتوسان از 2±5/105 میکرومتر به 17/6±71/117 میکرومتر افزایش یافت. کندروسیت ها و سلول های بنیادی به ترتیب از بافت غضروف مفصلی و بافت چربی خرگوش استخراج و در داربست های تهیه شده کشت داده شدند. درصد بقاء سلولی در اثر مجاورت با عصاره داربست ها توسط روش ام تی تی (mtt) اندازه گیری شد. بررسی چسبندگی سلول ها به داربست، به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. برای بررسی ترشح گلیکوزآمینوگلیکان از روش رنگ آمیزی آلسیان بلو، سافرانین اُ و دی متیل متیلن بلو و برای بررسی میزان بیان ژن از روش واکنش زنجیره ای پلیمراز (pcr) استفاده گردید. آزمون ام تی تی عدم سمیت سلولی داربست های تهیه شده را تأیید کرد. میزان ترشح گلیکوزآمینوگلیکان در داربست کامپوزیتی بیشتر از داربست فیبروئین بود. میزان گلیکوزآمینوگلیکان ترشح شده در داربست خالص فیبروئین توسط سلول های بنیادی بعد از 14 روز برابر با 25/0±3/4 میکروگرم بر میلی لیتر بود. این مقدار در داربست هیبریدی با نسبت 70/15/15 با افزودن نانوذره حاوی فاکتور رشد تبدیلی بتا-1 (1tgf-?) به طور چشمگیری افزایش یافت و به 3/0±9/8 میکروگرم بر میلی لیتر رسید. هم چنین میزان بیان کلاژن نوع دو، اگریکان و ساکس نه نیز با تفاوت معناداری در داربست نانوکامپوزیتی حاوی فاکتور رشد بیشتر بود (05/0p<). با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش، داربست نانوکامپوزیتی فیبروئین/کندروئیتین سولفات/آلجینات با نسبت وزنی 70/15/15حاوی 30 درصد وزنی نانوذرات کیتوسان بهترین پاسخ را از نظر خواص مکانیکی، شیمیایی و سلولی متناسب با کاربرد غضروف نشان داد و قابلیت تحریک تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از چربی به سمت سلول های غضروفی را دارا می باشد.