بررسی نقش متیل سلولز در ساختار هیدروژل حساس به گرما به‌عنوان سامانه قابل‎تزریق برای کاربرد در مهندسی بافت نرم: ساخت و شناسایی

پژوهش های کاربردی در شیمی

دوره 14، شماره 2، شهریور 1399، صفحه 27-46   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

سوگل مطلبی طلاتپه¹؛ مازیار شریف زاده بائی^{* 2}؛ سعید حیدری کشل³

¹دانشجوی دکتری، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد آیت ا... آملی، آمل، ایران

²دانشیار گروه مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد آیت ا... آملی، آمل، ایران

³استادیار گروه مهندسی بافت و علوم سلولی کاربردی، دانشگاه علوم و پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

یکی از چالش‌های پایه‎ای در مهندسی بافت، انتخاب نوع بسپار و طراحی ساختار مناسب برای هیدروژل‌ها است. در این بررسی، برای ساخت بسترهای هیدروژلی با قابلیت‎تزریق، حساس به گرما، ویژگی فیزیکی و مکانیکی مشابه با بافت‌های نرم بدن، هیدروژل ان-ایزوپروپیل آکریل آمید/ اکریلیک اسید/ ان-اکریلوسوکسینامید/2-هیدروکسی‎اتیل متاکریلات‌پلی‌لاکتید (NIPAAm/AAC/NAS/HEMAPLA) با روش بسپارش حلقه باز در نسبت‌های مولی متفاوت ساخته شد. هیدروژل گروه 1 با نسبت مولی10/5/5/80 به‌عنوان گروه ایده‌ال درنظر گرفته شد. برای بهبود ویژگی هیدروژل، متیل سلولز به گروه گفته‎شده، افزوده شد (گروه4). ویژگی فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و زیستی هیدروژل‌ها نیز موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، نسبت مولی بسپارها در افزایش آب‌دوستی، تخلخل، کشسانی مشابه با بافت نرم و بهبود تکثیر سلولی، نقش مهمی را ایفا می‎کند. حضور متیل سلولز نیز منجر به بهبود ویژگی‎های یادشده می‌شود. هیدروژل‌های گروه‎های 1 و 4 در مقایسه با گروه-های دیگر، به‌دلیل آب‎دوستی بالای 51 % و مدول کشسانی مشابه با بافت قلب (به‎ترتیب 22/79 % و 1/68 کیلوپاسگال) و سازگاری‎زیستی بالای 94 %، محیط ایده‌الی را برای بهبود فعالیت‌های سلولی ایجاد می‌کنند. به نظر می‎رسد هیدروژل‌های یادشده (گروه‌های1 و 4) توانایی پیروی از بافت‌های نرم مانند قلب را دارند و در روند ترمیم و بازسازی مؤثر خواهند بود. از سوی دیگر، این هیدروژل‌های قابل‎تزریق و حساس به گرما امکان مخلوط‎شدن یکنواخت سلول‌ها و عامل‎های رشد را فراهم می‎کنند و می‎توانند در سلول درمانی بافت‎های نرم نیز کاربردی باشند.

کلیدواژه‌ها

مهندسی بافت نرم؛ هیدروژل حساس به گرما؛ متیل سلولز؛ سازگاری زیستی

مراجع

[1] Thomas, D; Brien, T.O.; Pandit,  A.; Adv. Mater. 30, 1870006-1870016, 2018.
[2] Waliullah,M. S.; Gan, Y. X.; Chen, A.D.; Gan, R.N.; Materials 2, 6351-6358, 2018.
[3] Hasan, A.A.; Khattab, M.A. Islam, K.A.; Hweij, J.;  Zeitouny, R.; Waters, M.; Sayegh, M.M.; Paul, A.;  Adv. Sci. 2, 1500122-1500126, 2015.
[4] Li, Z.; Fan, Z.Y.; Xu, H.; Niu, X.; Xie, Z.; Guan, J.; ACS Appl. Mater. Interfaces. 8, 15948–15957, 2016.
[5] Wang, F.Z.; Li, M.; Khan, K.; Tamama, P.; Kuppusamy, W.R.; Wagner, C.K.; Guan, J. Acta Biomater. 6, 1978–1991, 2010.
[6] French, K.M.; Boopathy, A.V.; DeQuach, J.A.; Chingozha, L.; Lu, H.; Christman,  K.L.; Acta Biomater. 8, 4357–4364, 2012.
[7] Martino, S.F.; Angelo, D.; Armentano, I.J.; Kenny, M.; Orlacchio, A.; Biotechnol. Adv. 30, 338–351, 2012.
[8] Tang, Y.; Wang,  X.; Li, Y.; Lei, M.; Du, Y.; Kennedy,  J.F.; Carbohydr. Polym. 82, 833–841, 2010.
[9] Reynolds, D.B.; Repperger, D.W. ; Phillips, C.A.; Ann. Biomed. Eng. 31, 310–317, 2003.
[10] Taşdelen, B.N.; Kayaman-Apohan, Z.; MISIrlI, O.; Baysal, B.M.; J. Appl. Polym. Sci. 97, 1115–1124, 2005.
[11] Ullah, F.M.; Othman, B.H.;  Javed, F.Z.; Akil, H.M.;  Mater. Sci. Eng. C. 57, 414–433, 2015.
[12] Baei, P., Jalili-Firoozinezhad, S.S.; Rajabi-Zeleti, M.; Tafazzoli-Shadpour, H.; Aghdami, N.; Mater. Sci. Eng. C. 63, 131–141, 2016..
[13] Sepantafar, M.R.; Maheronnaghsh, H.; Mohammadi, S.; Rajabi-Zeleti, N.; Annabi, N.; Baharvand, H.; Biotechnol. Adv. 34, 362–379, 2016.
[14] Fathi, A.; Mithieux, S.M.; Wei, H.; Chrzanowski, W.P.; Valtchev, A.S.; Dehghani, F.; Biomaterials 35, 5425–5435, 2014.
[15] Yoshizumi, T.; Zhu, Y.; Jiang, H.; D’Amore, A.; Sakaguchi, H.; Wagner, W.R.; Biomaterials 83, 182–193, 2016.
[16] Morkhande, V.K.; Pentewar, R. S.; Gapat, V.S.; Sayyad, R.; Sandip, K.; Indo Am. J. Pharm. Res. 6, 4678–4689, 2016.
[17] Deng, C.; Zhu, H.; Li, J.; Feng, C.; Yao, Q.; Wang, L.; Chang, J.; Theranostics 8, 1940–1955 , 2018.
[18] Chen,G.; Kawazoe, N.; Pharmaceutics 8, 171-191, 2018.
[19] Madry, H.P.; Cucchiarini, M.; Cartilage 2, 201–225, 2011.
[20] Xu,Y.; Li, Z.; Li, X.; Fan, Z.; Liu, Z.; Xie, X.; Guan, J.; Acta Biomater. 26, 23–33, 2015.
[21] Smith, A.W.; Hoyne, J.D.; Nguyen, P.K.; McCreedy, D.A.; Aly, H.; Efimov, I.R.; Rentschler, S.; Elbert, D.L.; Biomaterials 34, 6559–6571, 2013.
[22] Kondiah, P.; Choonara,Y.; Kondiah,P.; Marimuthu,T.; Kumar,P.; Pillay,V.; Molecules 21, 1580-1586, 2016.
[23] Stabenfeldt, S.E.; García, A.J.; LaPlaca, M.C.; J. Biomed. Mater. Res. Part A. 77A, 718–725, 2006.
[24] Chalanqui, M.J.; Pentlavalli,S.; McCrudden,C.; Chambers,P.; McCarthy,H.O.; Mater. Sci. Eng. C. 95, 409–421, 2017.
[25] Yang, J.; IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 504, 12013-12018, 2019.
[26] Miao, L.; Hu, J.; Lu, M.; Tu,Y.; Chen, X.; Li,Y.; Lin, S.; Li, F.; Carbohydr. Polym. 137, 433–440, 2016.
[27] Yang, H.R.; van Ee, J.; Timmer, K.E.; Craenmehr, G.M.; Huang, J.H.; Öner, F.C.; Dhert, W.J.; Kragten, H.M.; Willems, N.G.; Papen-Botterhuis, N.E.; Creemers, L.B.; Acta Biomater. 23, 214–228, 2015.
[28] Li, Z.; Fan, Z.; Xu,Y.; Lo,W.; Wang, X.; Niu, H.; Khan,M.; Guan, J.; ACS Appl. Mater. Interfaces. 8, 10752–10760, 2016.
[29] Guan, J.; Hong,Y.;  Ma, Z.; Wagner,W.R.; Biomacromolecules 9, 1283–1292, 2008.
[30] Luo, K.; Yang,Y.; Shao, Z.; Adv. Funct. Mater. 26, 872–880, 2016.
[31] Sun, W.; Incitti,T.; Migliaresi, C.; Quattrone, A.; Casarosa, S.; J. Tissue Eng. Regen. Med. 11, 1532–1541, 2017.
[32] Chang, C.; Zhang, L.; Carbohydr. Polym. 84, 40–53, 2011.
[33] Gold, G.T.; Varma,D.M.; Taub, P.J.; Nicoll, S.B.; Carbohydr. Polym. 134, 497–507, 2015.
[34] Rokhade, A.P.; Shelke, N.B.; Patil,S.A.; Aminabhavi,T.M.; Carbohydr. Polym. 69, 678–687, 2007.
[35] Bai, Y.; Chen, B.; Xiang, F.; Zhou, J.; Wang, H.; Suo, Z.; Appl. Phys. Lett. 105, 151903-151909, 2014.
[36] Zhou, J.; Zhang, B.; Liu, X.; Shi, L.; Zhu, J.; Wei, D.; Zhong, J.; Sun, G.; He, D.; Carbohydr. Polym. 143, 301–309, 2016.
[37] Dehghani, S.; Rasoulianboroujeni, M.; Ghasemi, H.; Keshel, S.H.; Nozarian, Z.; Hashemian, M.; Zarei-Ghanavati, N.M.; Latifi, G.; Ghaffari,R.; Cui, Z.; Ye, H.; Tayebi, L.; Biomaterials 174, 95–112, 2018.
[38] Parmar, I.A.;  A. Shedge, S.M.; Badiger, V.P.; Wadgaonkar, P.; RSC Adv. 7, 5101–5110, 2017.
[39] Li, X.; Zhou, J.; Liu, Z.; Chen, J.; Lü, S.; Sun, H.; Li, J.; Lin, Q.; Yang, B.; Duan, C.; Xing, M.M.; Wang, C.; Biomaterials, 35(22), 5679–5688, 2014.
[40] Mehrasa, M.M.; Asadollahi, A.; Ghaedi, K.; Salehi, H.; Arpanaei, A.; Int. J. Biol. Macromol. 79, 687–695, 2015.
[41] Meng, Z.X.; Xu, X.X.; Zheng, W.; Zhou, H.M.; Li, L.; Zheng,Y.F.; Colloids Surfaces B Biointerfaces 84, 97–102, 2011.
[42] Ramier, J.; Bouderlique, T.; Stoilova, O.; Manolova, N.I.; Langlois,V.; Renard, E.; Albanese, P.; Grande, D.; Mater. Sci. Eng. C. 38, 161–169, 2014.
[43] Rosa,V.; Xie, H.; N. Dubey, T.T.; Madanagopal, S.S.; Morin, J.L.; Castro Neto, A.H.; Dent. Mater. 32, 1019–1025, 2016.
[44] Arima,Y.; Iwata, H.; Biomaterials 28, 3074–3082, 2007.
[45] Crawford, R.J.;  Ivanova, E.P.; Webb, H.K.; Superhydrophobic Surfaces 14, 27–49, 2015.
[46] Menzies, K.L.; Jones, L.; Optom. Vis. Sci. 87, 387–399, 2010.
[47] Shi,X.; Lu, S.; Xu, W.; Mater. Chem. Phys. 134, 657–663, 2012.
[48] Sengupta, P.; Prasad, B.L.V.; Regen. Eng. Transl. Med. 4, 75-91, 2018.
[49] Laurencin,C.; Nair, L.; "Nanotechnology and Regenerative Engineering", CRC Press, Boca Raton, 2014.
[50] Li, Z.; Guo, X.; Palmer, A.F.; Das, H.; Guan, J.; Acta Biomater. 8, 3586–3595, 2012.
[51] Chaudhuri, R.; Ramachandran, M.; Moharil, P.; Harumalani, M.; Jaiswal, A.K.;  Mater. Sci. Eng. C. 79, 950–957, 2017.
[52] Billiet, T;. Vandenhaute, M.; Schelfhout, J.; Van Vlierberghe, S.; Dubruel, P.; Biomaterials 33, 6020–6041, 2012.
[53] Pezeshki Modaress, M.; Mirzadeh,H.; Zandi, M.; Iran. Polym. J. 21, 191–200, 2012.
[54] Madden, L.R.; Mortisen, D.J.; Sussman, E.M.; Dupras, S.K.; Murry, C.E.; Ratner, B.D.; Proc. Natl. Acad. Sci. 107, 15211–15216, 2010.
[55] Jose, M.; Thomas, V.K.; Johonson, D.; Nyairo, E.;  Acta Biomater. 5, 305–315, 2009.