خلاصه خبر: تقویت داربست استخوانی PCL با الیاف پیوسته جذب شونده

• عنوان: تقویت داربست استخوانی PCL با الیاف پیوسته جذب شونده
• ارائه‌کننده: آقای سید کاوه هدایتی
• استاد راهنما: دکتر امیر حسین بهروش
• استاد ناظر داخلی اول: دکتر محمد گلزار
• استاد ناظر خارجی اول: دکتر محمد علی شکرگزار
• استاد مشاور اول: دکتر صادق حسن نیا
• نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر محمد گلزار
• مکان: اتاق 351
• تاریخ: 98/10/29
• ساعت: 11:00

چکیده:در این پایان‌نامه ساخت داربست پلی‌کاپرولاکتون (PCL) تقویت‌شده با نخ زیست‌تخریب‌پذیر پلی‌گلایکولیک اسید (PGA) به‌عنوان جزء پیوسته تقویت‌کننده، برای مشابه سازی بافت استخوان، در فرآیند ساخت افزایشی (چاپگر سه بعدی) لایه نشانی مذاب (FDM) چاپ شد. اگرچه PCL ماده مناسبی جهت کاربردهای پزشکی است اما خواص مکانیکی ضعیف و نرخ پایین تخریب پذیری آن، کاربرد این ماده را محدود کرده است. در این پژوهش نخ PGA زیست سازگار به‌عنوان عامل تقویت‌کننده جهت بهبود خواص مکانیکی و تغییر الگوی تخریب پذیری PCL با استفاده از روش نوین آغشته سازی هم‌زمان در فرآیند FDM استفاده شد. داربست‌های تقویت‌شده با درصد تخلخل نامی 60 درصد و چیدمان °120/60/ صفر چاپ شدند. خواص مکانیکی و زیستی داربست‌های تولیدشده جهت بررسی کارایی داربست تولیدشده با اهداف جایگزینی استخوان مورد آزمایش قرار گرفتند. الیاف PGA با دو نوع USP3-0 و USP4-0 انتخاب‌شده و نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت (nHA) نیز با دو مقدار 10 و 20 درصد جهت بهبود خواص مکانیکی و سطحی PCL مورداستفاده قرار گرفت. طبق نتایج به‌دست‌آمده افزودن 22 درصد نخ USP3-0 به PCL چاپ‌شده، استحکام کششی و مدول الاستیسیته را به ترتیب 374 و 775 درصد افزایش داد. استحکام کششی نمونه تقویت‌شده با درصد حجمی 15، 25 و 35 درصدی الیاف USP4-0 نیز به ترتیب به میزان 275، 579 و 852 درصد افزایش داشته و این مقادیر برای مدول الاستیسیته نیز برابر با 429، 946 و 1138 درصد است. سیستم آغشته سازی هم‌زمان مورداستفاده با موفقیت داربست طراحی‌شده را چاپ کرده و مقادیر تخلخل داربست‌ها در بازه 54 تا 64 درصد و اندازه حفره‌ها نیز در بازه 395 تا 495 میکرون است. افزودن ذرات nHA به‌تنهایی استحکام و مدول فشاری را دو برابر کرده و با حضور الیاف افزایش 7/4 و 5 برابری داشته است. رفتار تخریب نمونه‌های تقویت‌شده در دو حالت بارگذاری کششی و فشاری در سه محیط RPMI، DMEM و محلول نمکی سورنسن مورد ارزیابی قرار گرفت. تغییرات وزن، خواص مکانیکی و pH محیط‌ها در بازه‌های زمانی 10، 12 و 8 هفته ثبت شد. طبق نتایج تخریب پذیری کششی نمونه‌های تقویت نشده تغییرات خواص مکانیکی و کاهش وزن محسوسی نداشته و در نمونه‌های تقویت‌شده میزان تخریب با درصد الیاف قابل‌کنترل بوده و در کلیه نمونه‌ها سریع‌ترین تخریب تا هفته‌های 6-4 بوده و استحکام و مدول کششی نیز تا هفته 4 ، مقداری بیشتر از نمونه‌های تقویت نشده نشان دادند. میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت بررسی تغییرات ایجادشده در طول آزمون تخریب پذیری مورداستفاده قرار گرفت. طبق این تصاویر تخریب ایجادشده در نمونه‌ها بطور غالب مربوط به الیاف است. رفتار تخریب فشاری نمونه‌ها نیز مشابه نمونه‌های کششی است. جذب آب نمونه‌ها به مدت 48 ساعت در محیط نمکی سورنسن اندازه گیره شده و با حضور الیاف و ذرات nHA جذب آب نمونه‌ها افزایش 5 برابری داشته و با اندازه‌گیری زاویه تماس قطره آب نیز افزایش آب‌دوستی نمونه‌ها ثبت شد. ارزیابی MTT جهت بررسی عدم سمیت نمونه‌ها انجام‌شده و نتایج به‌دست‌آمده پس از گذشت 3 روز نشان‌دهنده عدم سمیت داربست است. چسبندگی سلول‌های L929 با استفاده از رنگ داپی نیز بیانگر افزایش چسبندگی سلولی به دلیل تغییرات سطحی ایجادشده در PCL با افزودن nHA و خواص بهتر زیستی PGA مورداستفاده است. با توجه به نتایج آزمایش‌ها در خصوص بهبود خواص زیستی، افزایش قابل‌توجه خواص مکانیکی در دو حالت کششی و فشاری، کامپوزیت معرفی شده می‌تواند به شکل داربست در فرآیند چاپ سه بعدی مطابق هندسه بافت مورد نظر تولیدشده، و به‌عنوان گزینه مناسب ایمپلنت‌‌های استخوانی بکار رود.
کلمات کلیدی: ساخت افزایشی، پلی‌کاپرولاکتون، نخ بخیه PGA، نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت، داربست استخوانی، مهندسی بافت، الیاف پیوسته، کامپوزیت، FDM