Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mahshid Kharaziha-esfahani
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamidreza Mokhtari
حمیدرضا مختاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Fabrication and Characterization of Kappa-Carrageenan-Graphene injectable nanohybrid hydrogel for cartilage regeneration
Cartilage, as a shield at the end of the bones, has an elastic structure with no blood vessel and nerve, has very low feeding rate. . Thus, cartilage’s repair process is very complicated and most treatments applied on other tissues of human body, cannot applied for cartilage. Current therapies for treating cartilage, requiring invasive surgery. In this project, an injectable nanohybrid hydrogel with robust mechanical properties was developed based on Methacrylate Kappa-carrageenan (KaMA)-dopamine functionalized graphene oxide (GOPD) for soft tissue engineering, especially for cartilage. KaMA-GOPD hydrogels revealed shear-thinning behavior and injectability through interaction of active catechol groups of dopamine with other moieties in the structure of hydrogels. In addition, these interactions promoted mechanical properties of hydrogels, depending on the GOPD content. Noticeably, encapsulation of 20 wt.% GOPD significantly enhanced compressive strength (8-folds) and toughness (6-folds) of KaMA. Furthermore, the hybrid hydrogel consisting of 20 wt.% GOPD significantly reduced energy loss from 70% (at KaMA) to about 61%, after a two-cycle compression test, while significantly enhanced recovery of the KaMA structure. Reinforcing the KaMA with 20 wt.% GOPD resulted in enhanced fibroblast proliferation (2.5-times) and spreading (5.7 times) after 5 days of culture. Then, KaMA-GOPD hydrogel were used in 3Dbioprinter as input material for cartilage regeneration. With optimizing all parameters in 3Dbioprinting, ear scaffold was successfully printed. Based on these findings KaMA-GOPD hydrogels could be used for cell delivery through the injection process and applied as a suitable bio-ink for 3Dbioproiting process.
غضروف به عنوان یک محافظ در انتهای استخوان‌ها، دارای یک ساختمان قابل ارتجاع، فاقد رگ خونی و لنف و عصب بوده و تغذیه از آن بسیار کند است. به همین دلیل فرایند ترمیم بسیارکند بوده و اکثر روش­های درمانی برای دیگر بافت­های بدن، برای غضروف انجام پذیر نیست. روش­های درمانی کنونی باوجود کند بودن برای درمان، نیاز به عمل جراحی تهاجمی دارند. استفاده از هیدروژل­های قابل تزریق به عنوان یک داربست شبیه به ماتریس خارج سلولی، بهترین گزینه برای تسریع فرآیند ترمیم و حذف استفاده از عمل جراحی تهاجمی است. هدف از پژوهش حاضر ساخت هیدروژل تزریق­پذیر با خواص رئولوژیکی، مکانیکی، ساختاری، بیولوژیکی مناسب به‌منظور بهبود عملکرد و ترمیم بافت غضروف است. در این پژوهش، هیدروژل­ نانوکامپوزیتی کاپاکاراگنان متااکریلات حاوی مقادیر مختلف اکسید گرافن اصلاح شده با دوپامین(1، 4، 10 و 20درصد وزنی) با استفاده از اتصال عرضی فیزیکی و شیمیایی ساخته و مشخصه­یابی شد. همچنین، تاثیر غلظت نانوذرات بر خواص رئولوژیکی، مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی، تخریب­پذیری و زیستی داربست نانوکامپوزیتی بررسی و بهینه­سازی شد. در ادامه، توانمندی هیدروژل نانوکامپوزیتی بهینه برای ساخت نمونه سه­بعدی با شکل پیچیده با استفاده از فرایند چاپ سه­بعدی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که پوشش­دهی اکسید گرافن با دوپامین، ضمن احیای اکسید گرافن سبب تشکیل لایه­ای از پلی­دوپامین در سطح نانوذرات شد که نتیجه آن بهبود برهم­کنش گرافن با زمینه کاپاکاراگنان بود. همچنین، افزودن نانوذرات اکسید گرافن اصلاح شده با دوپامین به هیدروژل کاپاکاراگنان متااکریلات تا 20 درصد وزنی، سبب افزایش میزان حجم آب تعادلی (03/1 برابر) و کاهش نرخ تخریب (2/0 برابر) شد. علاوه بر این، افزودن نانوذرات اکسید گرافن اصلاح شده با دوپامین به کاپاکاراگنان متااکریلات به میزان 4 درصد وزنی باعث بهبود قابل توجه خواص نازک برشی به میزان 5 واحد لگاریتمی شد. همچنین افزودن نانوذرات به میزان 4 درصد وزنی، باعث افزایش منطقه خطی پایداری هیدروژل نانوکامپوزیتی گردید. در نتیجه ایجاد پیوندهای هیدروژنی بین نانوذرات اکسید گرافن اصلاح شده و زمینه پلیمری، حضور نانوذرات اکسید گرافن اصلاح شده تا 20 درصد وزنی سبب بهبود قابل توجه چقرمگی (11 برابری)، استحکام فشاری (7 برابری) و نرخ بازیابی (9/4 برابر) شد. نتایج آزمون­های سلولی نشان داد که افزودن نانوذرات اکسید گرافن اصلاح شده به کاپاکاراگنان متااکریلات منجر به بهبود قابل توجه زندمانی سلولی (25/1 برابر) پس از 5 روز و پخش­شدگی سلولی (6/5 برابر) شد. همچنین، با بررسی امکان قابلیت چاپ سه­بعدی داربست گوش از هیدروژل نانوکامپوزیتی کاپاکاراگنان متااکریلات تقویت شده با 20 درصد وزنی اکسید گرافن اصلاح شده دوپامین، توانایی هیدروژل نانوکامپوزیتی از نظر داشتن رفتار مناسب پیش­پلیمر در حین تزریق و پایداری آن تا لحظه اتصال عرضی شیمیایی و فیزیکی، مورد تایید قرار گرفت. بر این اساس، هیدروژل نانوکامپوزیتی تزریق­پذیر کاپاکاراگنان متااکریلات حاوی مقادیر مختلف اکسید گرافن اصلاح شده با دوپامین با خواص رئولوژیکی، مکانیکی، ساختاری، شیمیایی و زیستی مناسب و قابل کنترل، می­تواند پیشنهاد مناسبی جهت ترمیم بافت غضروف باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی