ساخت و مشخصه‌یابی داربست هسته-پوسته کیتوسان/ پلی‌کاپرولاکتون حاوی فیبرین غنی از پلاکت با روش الکتروریسی هم‌محور برای کاربرد در پزشکی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 15، شماره 2 - شماره پیاپی 57، تیر 1400، صفحه 49-63   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/apme.2021.1910486.2014

نویسندگان

امیر عباس رستگار¹؛ محبوبه محمودی^{* 2}؛ محمد میرجلیلی³؛ نوید نصیر زاده⁴

¹دانشجو دکتری، دانشکده مهندسی نساجی وپلیمر، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران.

²دانشیار، دانشکده مهندسی پزشکی، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران.

³استاد، دانشکده مهندسی نساجی و پلیمر، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران.

⁴دانشیار، دانشکده مهندسی نساجی و پلیمر، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران.

چکیده

فیبرین غنی از پلاکت (PRF) یک ماتریس فیبرینی طبیعی حاوی پلاکت وفاکتورهای رشد موجود در خون می­باشد که ترمیم بافت­های استخوانی را تسریع می­بخشد. در این مطالعه، داربست پلی‌کاپرولاکتون/ کیتوسان (داربست A) وداربست هسته-پوسته پلی‌کاپرولاکتون/ کیتوسان حاوی PRF (داربست B) به ترتیب با روش الکتروریسی تک ‌محور والکتروریسی هم­ محور ساخته شدند و مورد مشخصه ‌یابی قرار گرفتند. مورفولوژی سطح واندازه قطر الیاف، میزان تخلخل، خواص مکانیکی و گروه‌های عاملی موجود بر روی سطح داربست­ها به ترتیب با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، روش جابه‌جایی مایع، دستگاه سنجش استحکام و طیف‌سنجی IR (FTIR) ارزیابی گردید. اندازه میانگین قطر الیاف داربست B در مقایسه با داربست A از مقدار nm 179 به nm 160 کاهش یافت. همچنین، حضور کیتوسان حاوی PRF در هسته با تشکیل پیوند هیدروژنی با پلی­کاپرولاکتون در پوسته در داربست B سبب ایجاد داربستی با خواص مکانیکی عالی و مدول الاستیک MPa 40 گردید. زیست‌سازگاری و چسبندگی سلول‌های استخوانی بر روی سطح داربست‌ها با روش MTT مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل حضور PRF، رشد و چسبندگی سلول‌های استخوانی بر روی سطح داربست B در مقایسه با داربست A افزایش یافت؛ بنابراین با توجه به نتایج به ‌دست ‌آمده از این تحقیق، داربست هسته-پوسته حاوی PRF می­تواند پیشنهاد مناسبی جهت کاربرد در پزشکی ­باشد.

کلیدواژه‌ها

مهندسی بافت استخوان؛ کیتوسان؛ فیبرین غنی از پلاکت؛ الکتروریسی هم محور؛ داربست نانوالیاف

مراجع

[1] E. Venugopal, K. S.  Sahanand, A. Bhattacharyya & S. Rajendran, S., "Electrospun PCL nanofibers blended with Wattakaka volubilis active phytochemicals for bone and cartilage tissue engineering", Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 21, 2019.

 

[2] م. کلانتری، م. محمودی و م. میرحاج، "تاثیر نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت بر تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی به سلول های استخوانی در داربست های پلی کاپرولاکتون/کراتین/هیدروکسی آپاتیت"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد (مهندسی مواد مجلسی)، دوره 14، بهار 1399.

 

[3] H. Qu, H. Fu, Z. Han & Y. Sun, "Biomaterials for bone tissue engineering scaffolds: a review", RSC advances, vol. 9, no. 45, 2019.

 

[4] A. K. Mitra, K. Cholkar & A. Mandal, eds., "Emerging nanotechnologies for diagnostics, drug delivery and medical devices", William Andrew, 2017.

 

[5] R. Nayak, R.  Padhye, I. L.  Kyratzis, Y. B. Truong & L. Arnold, "Recent advances in nanofibre fabrication techniques", Textile Research Journal, vol. 82, no. 2, 2012.

 

[6] M. Najafiasl, S. Osfouri, R. Azin & S. Zaeri, "Alginate-based electrospun core/shell nanofibers containing dexpanthenol performed well in-vitro: A candidate for wound dressing", Journal of Drug Delivery Science and Technology,vol. 57, 2020.

 

[7] M. Rafiei, E. Jooybar, M. J. Abdekhodaie & M. Alvi, "Construction of 3D fibrous PCL scaffolds by coaxial electrospinning for protein delivery", Materials Science and Engineering: C, vol. 113, 2020.

 

[8] P. Chen, L. Liu, J. Pan, J. Mei, C. Li & Y. Zheng, "Biomimetic composite scaffold of hydroxyapatite/gelatin-chitosan core-shell nanofibers for bone tissue engineering", Materials Science and Engineering: C, vol. 97, 2019.

 

[9] J. Baek, E. Lee, M. K. Lotz & F. D D'Lima, "Bioactive proteins delivery through core-shell nanofibers for meniscal tissue regeneration", Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 23, 2020.

 

[10] N. R. Tanha & M. Nouri, "Core/Shell Nanofibers of Silk Fibroin/Polyvinyl Alcohol: Structure and Controlled Release Behavior", Iran. J. Polym. Sci. Technol.(Persian), vol. 30, 2018.

 

[11] M. Matinfar, A. S. Mesgar & Z. Mohammadi, "Evaluation of physicochemical, mechanical and biological properties of chitosan/carboxymethyl cellulose reinforced with multiphasic calcium phosphate whisker-like fibers for bone tissue engineering", Materials Science and Engineering: C, vol. 100, 2019.

 

[12] T. Mohan, S. Hribernik, R. Kargl & K. Stana-Kleinschek, "Nanocellulosic materials in tissue engineering applications Cellulose—fundamental aspects and current trends", Rijeka: InTech; 2015.

 

[13] R. Sedghi & A. Shaabani, "Electrospun biocompatible core/shell polymer-free core structure nanofibers with superior antimicrobial potency against multi drug resistance organisms", Polymer ,vol. 101, 2016.

 

[14] M. Kong, X. G. Chen, K. Xing & H. J. Park, "Antimicrobial properties of chitosan and mode of action: a state of the art review", International journal of food microbiology, vol. 144, no. 1, 2010.

 

[15] ن. کوپائی و ا. کارخانه، "بررسی خصوصیات مکانیکی و بیولوژیکی داربست مهندسی بافت بر پایه پلی کاپرولاکتون عامل دار و پلی اتیلن گلایکول دی آکریلات تقویت شده با ذرات هیدروکسی آپاتیت"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد (مهندسی مواد مجلسی)، دوره 12، پاییز 1397.

 

[16] P. X. Ma & R. Zhang, "Synthetic nano‐scale fibrous extracellular matrix", Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials, vol. 46, no. 1, 1999.

 

[17] S. Hong & G. H. Kim, "Electrospun polycaprolactone/silk fibroin/small intestine submucosa composites for biomedical applications", Macromolecular Materials and Engineering, vol. 295, no. 6, 2010.

 

[18] J. Choukroun  & A. Fabien, Christian Schoeffler, and A. P. R. F. Vervelle. "Une opportunité en paro-implantologie: le PRF", Implantodontie, vol. 42, no. 55, 2001.

 

[19] Y. K. Hsu, S. Y. Sheu, C.  Y. Wang, M. H. Chuang, P. C. Chung, Y. S.  Luo, J. J. Huang, F. Ohashi, H. Akiyoshi & T. F. Kuo, "The effect of adipose-derived mesenchymal stem cells and chondrocytes with platelet-rich fibrin releasates augmentation by intra-articular injection on acute osteochondral defects in a rabbit model", The Knee, vol. 25, no. 6, 2018.

 

[20] V. Gassling, J. Hedderich, Y. Açil, N. Purcz, J. Wiltfang & T. Douglas, "Comparison of platelet rich fibrin and collagen as osteoblast‐seeded scaffolds for bone tissue engineering applications", Clinical Oral Implants Research, vol. 24, no. 3, 2013.

 

[21] Y. W. Eom, J. E.  Oh, Lee, S. K. Baik, K. J.  Rhee, H. C. Shin, Y. M. Kim, C. M. Ahn, J. H.  Kong, H. S. Kim K. Y. Shim, "The role of growth factors in maintenance of stemness in bone marrow-derived mesenchymal stem cells", Biochemical and biophysical research communications, vol. 445, no.1, 2014.

 

[22] L. Ding, S. Tang, P. Liang, C. Wang, P. F. Zhou & L. Zheng, "Bone regeneration of canine peri-implant defects using cell sheets of adipose-derived mesenchymal stem cells and platelet-rich fibrin membranes", Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, vol. 77, no. 3, 2019.

 

[23] Y. J. Jee, "Use of platelet-rich fibrin and natural bone regeneration in regenerative surgery", Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons, vol. 45, no. 3, 2019.

 

[24] C. Wang, K. W. Yan, Y. D. Lin & P. C. Hsieh, "Biodegradable core/shell fibers by coaxial electrospinning: processing, fiber characterization, and its application in sustained drug release", Macromolecules, vol. 43, no. 15, 2010.

 

[25] F. Chen, X. Li, X. Mo, C. He, H. Wang & Y. Ikada, "Electrospun chitosan-P (LLA-CL) nanofibers for biomimetic extracellular matrix", Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, vol. 19, no. 5, 2008.

 

[26] K. Jalaja, D. Naskar, S. C. Kundu & N. R. James, "Potential of electrospun core–shell structured gelatin–chitosan nanofibers for biomedical applications", Carbohydrate polymers, vol. 136, 2016.

 

[27] W. Yang, J. Fu, D. Wang, T. Wang, H. Wang, S. Jin & N. He, "Study on chitosan/polycaprolactone blending vascular scaffolds by electrospinning", Journal of Biomedical Nanotechnology, vol. 6, no. 3, 2010.

 

[29] A. L. Yarin,  "Coaxial electrospinning and emulsion electrospinning of core–shell fibers", Polymers for Advanced Technologies, vol. 22, no. 3, 2011.

 

[28] A. L. Yarin,  "Coaxial electrospinning and emulsion electrospinning of core–shell fibers", Polymers for Advanced Technologies, vol. 22, no. 3, 2011.

 

[29] O. Gryshkov, N. I.  Klyui, V. P. Temchenko, V. S. Kyselov, A. Chatterjee, A. E. Belyaev, L. Lauterboeck, D. Iarmolenko B. Glasmacher, "Porous biomorphic silicon carbide ceramics coated with hydroxyapatite as prospective materials for bone implants",  Materials Science and Engineering: C, vol. 68, 2016.

 

[30] M. Mirhaj, M. Mahmoodi & A. Shybani, "Effect of Hydroxyapatite Nanoparticles on Properties of Keratin/Poly Caprolactone Nanofibers for Tissue Engineering", Journal of Advanced Materials in Engineering (Esteghlal), vol. 36, no. 4, 2018.

 

[31] N. P. Rijal, U.  Adhikari, S. Khanal, D. Pai, J. Sankar & N. Bhattarai, "Magnesium oxide-poly (ε-caprolactone)-chitosan-based composite nanofiber for tissue engineering applications", Materials Science and Engineering: B, vol. 228, 2018.

 

[32] M. Wu, G. Chen & Y. P. Li, "TGF-β and BMP signaling in osteoblast, skeletal development, and bone formation, homeostasis and disease", Bone research, vol. 4, 2016.

 

[33] J. A. Siddiqui & N.C. Partridge, "Physiological bone remodeling: systemic regulation and growth factor involvement", Physiology, vol. 31, no. 3, 2016.

 

[34] C. H. Kiernan, E. B. Wolvius, P. A. Brama & E. Farrell, "The immune response to allogeneic differentiated mesenchymal stem cells in the context of bone tissue engineering", Tissue Engineering Part B: Reviews, vol. 24, no. 1, 2018.

 

[35] R. Najafi-Taher, M. A. Derakhshan, R. Faridi-Majidi & A. Amani, "Preparation of an ascorbic acid/PVA–chitosan electrospun mat: a core/shell transdermal delivery system", RSC Advances, vol. 5, no. 62, 2015.

 

[36] D. M. Dos Santos, P. A. Chagas, I. S. Leite, N. M. Inada, S. R. De Annunzio, C. R. Fontana, S. P. Campana-Filho & D. S. Correa, "Core-sheath nanostructured chitosan-based nonwovens as a potential drug delivery system for periodontitis treatment", International journal of biological macromolecules, vol. 142, 2020.

 

[37] F. M. Ghorbani, B. Kaffashi, P. Shokrollahi, E. Seyedjafari & A. Ardeshirylajimi, "PCL/chitosan/Zn-doped nHA electrospun nanocomposite scaffold promotes adipose derived stem cells adhesion and proliferation", Carbohydrate polymers. vol. 118, 2015.

 

[38] S. Surucu & H. T. Sasmazel, "Development of core-shell coaxially electrospun composite PCL/chitosan scaffolds", International journal of biological macromolecules, vol. 92, 2016.

 

[39] T. T. T. Nguyen, O. H. Chung & J. PS. Park, "Coaxial electrospun poly (lactic acid)/chitosan (core/shell) composite nanofibers and their antibacterial activity", Carbohydrate Polymers, vol. 86, no. 4, 2011.

 

[40] K. Fujihara, W. E.  Teo, T. C. Lim, S. Ramakrishna & Z. "An introduction to electrospinning and nanofibers",  National University of Singapore, USA, 2005.

 

[41] J. Tang, Y. Liu, B. Zhu, Y. Su & X. Zhu, "Preparation of paclitaxel/chitosan co-assembled core-shell nanofibers for drug-eluting stent", Applied Surface Science, vol. 393, 2017.

 

[42] J. L. Lowery, N. Datta & G. C. Rutledge, "Effect of fiber diameter, pore size and seeding method on growth of human dermal fibroblasts in electrospun poly (ɛ-caprolactone) fibrous mats", Biomaterials, vol. 31, no. 3, 2010.

 

[43] J. M. Deitzel, J. Kleinmeyer, D. E. A.  Harris & N. B. Tan, "The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles", Polymer, vol. 42, no. 1, 2001.

 

[44] M. Gong, C. Huang, Y. Huang, G. Li, C. Chi, J. Ye, W. Xie, R. Shi & L. Zhang, "Core-sheath micro/nano fiber membrane with antibacterial and osteogenic dual functions as biomimetic artificial periosteum for bone regeneration applications", Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 17, 2019.

 

[45] R. Sedghi, M. Gholami, A. Shaabani, M. Saber & H. Niknejad, "Preparation of novel chitosan derivative nanofibers for prevention of breast cancer recurrence." European Polymer Journal, vol. 123, 2020.

 

[46] J. Liu, K. Yue, L. Xu, J. Wu, Z. Chen, L. Wang, W. Liu & W. Lu, "Bonding performance of melamine-urea–formaldehyde and phenol-resorcinol–formaldehyde adhesive glulams at elevated temperatures", International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 98, 2020.

 

[47] M. M. M. De-Paula, S. Afewerki, B. C. Viana, T. J. Webster, A. O. Lobo & F. R. Marciano, "Dual effective core-shell electrospun scaffolds: Promoting osteoblast maturation and reducing bacteria activity", Materials Science and Engineering: C, vol. 103, 2019.

 

[48] F. J. O'brien, "Biomaterials & scaffolds for tissue engineering", Materials today, vol. 14, no. 3, 2011.

 

[49] R. Ravichandran, J. R.  Venugopal, S. Sundarrajan, S. Mukherjee, R. Sridhar & S. Ramakrishna, "Expression of cardiac proteins in neonatal cardiomyocytes on PGS/fibrinogen core/shell substrate for Cardiac tissue engineering." International journal of cardiology, vol. 167, no. 4, 2013.

 

[50] Y. Lu, J. Huang, G. Yu, R. Cardenas, S. Wei, E. K.  Wujcik & Z. Guo, "Coaxial electrospun fibers: applications in drug delivery and tissue engineering", Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology, 8.5, 2016.

 

[51] I. K. Kwon, S. Kidoaki & T. Matsuda, "Electrospun nano-to microfiber fabrics made of biodegradable copolyesters: structural characteristics, mechanical properties and cell adhesion potential", Biomaterials, vol. 26, no. 18, 2005.

 

[52] Z. Wang, L. Han, T. Sun, W. Wang, X. Li & B. Wu, "Preparation and effect of lyophilized platelet-rich fibrin on the osteogenic potential of bone marrow mesenchymal stem cells in vitro and in vivo." Heliyon, vol, 5, no.10, pp. 2739, 2019

 

[53] J. S. Kim, M. H.  Jeong, J. H. Jo, S. G. Kim & J. S. Oh, "Clinical application of platelet-rich fibrin by the application of the double J technique during implant placement in alveolar bone defect areas", Implant dentistry, vol. 22, no. 3, 2013.