Skip to main content
SUPERVISOR
محمدحسين فتحي (استاد راهنما) محمد رفيعي نيا (استاد راهنما) شاهين بنکدار (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mitra Naeimi Seresht
ميترا نعيمي سرشت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of Differentiation of Mesenchymal Stem Cells into Chondrocyte on Silk-based Scaffolds Containing Chitosan Nanoparticles
The development of porous biodegradable scaffolds is of great interest in tissue engineering. In this regard, exploration of novel biocompatible materials is needed. Silk fibroin-chondroitin sulfate-sodium alginate (SF-CHS-SA) porous hybrid scaffolds were successfully prepared via lyophilization method and crosslinked by 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)-ethanol treatment. According to the scanning electron microscopy studies, mean pore diameters of the scaffolds were in the range of 60-187 mm. The porosity percentage of the scaffold with SF-CHS-SA ratio of 70:15:15 (w/w/w %) was 92.4±3%. Attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry results confirmed the transition from amorphous random coil to crystalline ?-sheet in treated SF-CHS-SA scaffold. Compressive modulus was significantly improved in hybrid scaffold with SF-CHS-SA ratio of 70:15:15 (3.35±0.15 MPa). Cytotoxicity assay showed that the scaffolds have no toxic effects on chondrocytes. Attachment of chondrocytes was much more improved within the SF-CHS-SA hybrid scaffold. Real-time polymerase chain reaction analyses showed a significant increase in gene expression of collagen type II, aggrecan, and SOX9 and decrease in gene expression of collagen type I for SF-CHS-SA compared to SF scaffold. This novel hybrid scaffold can be a good candidate to be utilized as an efficient scaffold for cartilage tissue engineering. Keywords: tissue engineering, biomaterials, stem cells, silk fibroin, cartilage
چکيده آرتروز مفصلي به‌دليل سائيدگي مفاصل در ميان افراد کهنسال و نيز ورزشکاران شايع است که منجر به درد، شکنندگي، محدوديت حرکتي و تورم بافت مي شود. در بازتوليد غضروف به روش مهندسي بافت، استفاده از داربست مناسب براي حفظ تمايز سلولي ضروري مي‌باشد. زيرا کندروسيت‌هايي که به صورت تک لايه کشت داده مي‌شوند‌، تمايز و فنوتيپ غضروفي خود را از دست مي‌دهند. بر اين اساس، هدف از پژوهش حاضر، بررسي تمايز سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از بافت چربي خرگوش در داربست فيبروئين و داربست نانوکامپوزيتي فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات به سمت سلول‌هاي غضروفي است. به اين منظور داربست فيبروئين خالص و داربست فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات حاوي و فاقد نانوذرات کيتوسان حامل فاکتور رشد به روش خشکاندن انجمادي تهيه گرديد. از نسبت‌هاي وزني متفاوت فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات برابر با 100/0/0، 90/5/5، 70/15/15 و 50/25/25 در ساخت داربست استفاده شد. نانوذرات به روش ژل‌شدن يوني تهيه شدند و مطالعه تصاوير تهيه شده با ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM) اندازه ذرات را برابر با 5±30 نانومتر نشان داد. پس از افزودن نانوذرات به مقدار 10، 30 و 50 درصد وزني به محلول‌هاي فيبروئين و فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات، انجماد سوسپانسيون حاصل و سپس قرارگيري در دستگاه خشک‌کن انجمادي داربست‌هاي حاوي نانوذره حاصل شدند. در مرحله بعد، داربست‌ها توسط غوطه‌وري در محلول اتانول حاوي کربودي‌ايميد (EDC) شبکه‌اي شدند و سپس مراحل پاياني شست‌و‌شو و خروج حلال انجام شد. مشخصه‌يابي داربست‌ها توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (ATR-FTIR)، گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSC)، تفرق پرتو ايکس (XRD) و آزمون خواص مکانيکي فشاري انجام گرديد. طيف سنجي مادون قرمز و تفرق پرتو ايکس تغيير صورتبندي زنجيره‌هاي فيبروئين و فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات از حالت آمورف به بلورين را بعد از اصلاح با اتانول/کربودي‌ايميد تأييد کردند. رفتار حرارتي داربست‌ها به کمک گرماسنجي روبشي تفاضلي مطالعه شد. نتايج حاصل از آزمون خواص مکانيکي نشان داد که مدول فشاري داربست با افزودن کندروئيتين‌سولفات و آلجينات افزايش مي‌يابد. به طوري که مدول فشاري داربست خالص فيبروئيني و هيبريدي به ترتيب برابر با 2 / 0±68 / 2 و 15 / 0±35 / 3 مگاپاسکال بود. بعد از افزودن 30 درصد وزني نانوذرات کيتوسان به داربست‌هيبريدي، مدول فشاري به 15 / 0±6 / 5 مگاپاسکال رسيد. گنجايش آب و ميزان تخريب داربست نانوکامپوزيتي نيز به همين ترتيب افزايش يافت. ميانگين اندازه دهانه حفره‌هاي داربست فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات با نسبت 70/15/15 پس از افزودن 30 درصد وزني نانوذرات کيتوسان از 2±5 / 105 ميکرومتر به 17 / 6±71 / 117 ميکرومتر افزايش يافت. کندروسيت‌ها و سلول‌هاي بنيادي به ترتيب از بافت غضروف مفصلي و بافت چربي خرگوش استخراج و در داربست‌هاي تهيه شده کشت داده شدند. درصد بقاء سلولي در اثر مجاورت با عصاره داربست‌ها توسط روش ام‌تي‌تي (MTT) اندازه گيري شد. بررسي چسبندگي سلول‌ها به داربست، به کمک ميکروسکوپ الکتروني روبشي انجام شد. براي بررسي ترشح گليکوزآمينوگليکان از روش رنگ‌آميزي آلسيان‌بلو، سافرانين‌اُ و دي‌متيل‌متيلن‌بلو و براي بررسي ميزان بيان ژن از روش واکنش زنجيره‌اي پليمراز (PCR) استفاده گرديد. ژن‌هاي مورد مطالعه، کلاژن نوع يک، کلاژن نوع دو، اگريکان و ساکس نه بودند. آزمون ام‌تي‌تي عدم سميت سلولي داربست‌هاي تهيه شده را تأييد کرد. ميزان ترشح گليکوزآمينوگليکان در داربست کامپوزيتي بيشتر از داربست فيبروئين بود. ميزان گليکوزآمينوگليکان ترشح شده در داربست خالص فيبروئين توسط سلول‌هاي بنيادي ‌بعد از 14 روز برابر با 25 / 0±3 / 4 ميکروگرم بر ميلي ليتر بود. اين مقدار در داربست ‌هيبريدي با نسبت 70/15/15 با افزودن نانوذره حاوي فاکتور رشد تبديلي بتا-1 (1TGF-?) به طور چشمگيري افزايش يافت و به 3 / 0±9 / 8 ميکروگرم بر ميلي‌ليتر رسيد. هم‌چنين ميزان بيان کلاژن نوع دو، اگريکان و ساکس نه نيز با تفاوت معناداري در داربست نانوکامپوزيتي حاوي فاکتور رشد بيشتر بود (05 / 0P ). با توجه به نتايج حاصل از اين پژوهش، داربست نانوکامپوزيتي فيبروئين/کندروئيتين‌سولفات/آلجينات با نسبت وزني 70/15/15حاوي 30 درصد وزني نانوذرات کيتوسان بهترين پاسخ را از نظر خواص مکانيکي، شيميايي و سلولي متناسب با کاربرد غضروف نشان داد و قابليت تحريک تمايز سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از چربي به سمت سلول‌هاي غضروفي را دارا مي‌باشد. کلمات کليدي: مهندسي بافت، بيومواد، سلول‌هاي بنيادي، فيبروئين، غضروف

ارتقاء امنیت وب با وف بومی