توسعه داربست كامپوزيتي پلي كاپرولاكتون-هاردستونيت به روش پرينت سه بعدي جهت كاربرد در مهندسي بافت استخوان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد و متالورژي

كارشناسي ارشد

ترميم نقايص استخواني ايجاد شده به دلايل مختلف با اندازه بحراني، هم¬چنان يك چالش باليني اساسي است كه به پيوند استخوان يا مواد جايگزين استخوان نياز دارد. مهندسي بافت استخوان يك زمينه مطالعاتي در حال رشد است كه بر روي توليد داربست¬هاي سه¬بعدي براي كاشت در محل نقص استخوان به منظور شكل¬گيري سه¬بعدي بافت¬هاي استخوان، متمركز است. امروزه فناوري چاپ سه¬بعدي جهت توليد داربست¬هاي سه¬بعدي با قابليت تكرار¬پذيري و كنترل ساختار در حال گسترش است. در سال¬هاي اخير، كامپوزيت¬هاي پليمر-سراميك به دليل تشابه با بافت طبيعي استخوان به عنوان جايگزين بافت¬هاي استخواني آسيب¬ديده بسيار مورد توجه بوده است. بنابراين، هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه¬يابي داربست كامپوزيتي پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت به روش لايه¬نشاني مذاب توسط پرينت سه¬بعدي براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان است. در اين راستا، ابتدا ذرات هاردستونيت با استفاده از روش سل ژل ساخته شد. سپس داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت با درصدهاي مختلف هاردستونيت (0، 10، 20 و 30 درصد وزني) با روش چاپ سه¬بعدي مدل¬سازي رسوب ذوب شده (FDM) تهيه شدند. مشخصه¬يابي پودر هاردستونيت با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، پراش پرتو ايكس(XRD) و پراكندگي نور ديناميكي (DLS) انجام شد. به منظور تأييد حضور فازهاي مطلوب در تركيب داربست¬هاي مورد مطالعه از آزمون پراش پرتو ايكس و به منظور بررسي شكل و توزيع تخلخل¬ها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد. براي بررسي ميزان آبدوستي داربست¬ها از دستگاه اندازه¬گيري زاويه تماس آب استفاده شد. خواص مكانيكي فشاري با انجام آزمون فشار تك محوره انجام شد. قابليت تشكيل آپاتيت شبه¬استخواني با غوطه¬ور كردن داربست¬ها به مدت 28 روز در محلول شبيه¬سازي شده بدن و ميزان زيست¬تخريب-پذيري با غوطه¬ور كردن داربست¬ها به مدت 28 روز در محلول بافر فسفات سالين مورد ارزيابي قرار گرفتند. زنده¬ماني سلولي، تكثير و چسبندگي سلول¬ها و عدم سميت داربست¬هاي PCL خالص و داربست بهينه با انجام آزمون MTT تشخيص داده شد. اندازه منافذ براي داربست¬ها از 394 تا 564 ميكرومتر و قطر پايه¬ها از 351 تا 517 ميكرومتر متغير بود. درصد تخلخل داربست¬ها با افزايش درصد هاردستونيت از 56 درصد براي داربست پلي¬كاپرولاكتون خالص به 66 درصد براي داربست حاوي 20 درصد وزني هاردستونيت، افزايش يافت. نتايج زاويه تماس آب، كاهش زاويه تماس آب از 75 درجه به 59 درجه را با افزايش محتواي هاردستونيت نشان داد، كه بيانگر بهبود آبدوستي داربست¬ها با افزودن ذرات هاردستونيت به زمينه پلي¬كاپرولاكتون است. نتايج آزمون مكانيكي فشاري نشان داد، با افزايش محتواي هاردستونيت استحكام فشاري داربست از 8 مگاپاسكال به 3/19 مگاپاسكال افزايش يافت و در داربست حاوي 30 درصد وزني هاردستونيت به 18 مگاپسكال رسيد. ضريب كشساني نيز به دنبال همان روند افزايش استحكام فشاري، از 19 مگاپاسكال به 76 مگاپاسكال افزايش و سپس براي داربست حاوي 30 درصد وزني هاردستونيت به 24 مگاپاسكال رسيد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي بعد از قرارگيري در محلول شبيه¬سازي شده خون حاكي از افزايش قابليت تشكيل لايه آپاتيت شبه¬استخواني بر روي سطح داربست¬هاي كامپوزيتي نسبت به داربست پلي¬كاپرولاكتون خالص بود. نرخ كاهش وزن داربست¬هاي پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت با درصدهاي 0، 10، 20 و 30 درصد وزني پس از 28 روز غوطه¬وري به ترتيب 2/2، 1/5، 7/5 و 2/5 درصد به دست آمد. نتايج، افزايش ميزان زيست¬تخريب¬پذيري داربست¬هاي حاوي هاردستونيت را نسبت به داربست پلي¬كاپرولاكتون خالص، نشان داد. هم¬چنين، نتايج حاصل از زيست¬سازگاري سلولي توسط آزمون MTT نشان داد، با افزودن 20 درصد وزني هاردستونيت زنده¬ماني سلولي به بيش از 95 درصد پس از يك روز كشت در برابر سلول¬هاي استئوبلاست (MG63) رسيد، كه بيانگر عدم سميت داربست موردنظر است. هم¬چنين نتايج چسبندگي سلولي حاكي از آن است كه افزودن 20 درصد وزني هاردستونيت باعث افزايش تعدد سلولي و اتصال و چسبندگي سلول¬هاي استئوبلاست شده است. بر اساس نتايج، به نظر مي¬رسد چاپ سه¬بعدي داربست پلي¬كاپرولاكتون-هاردستونيت حاوي 20 درصد وزني هاردستونيت گزينه مناسبي جهت كاربرد در مهندسي بافت استخوان باشد.

227570

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان