Skip to main content
SUPERVISOR
Dariush Semnani,Farzaneh Alihoseini
داریوش سمنانی (استاد راهنما) فرزانه علی حسینی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Ghahremanzadeh
فاطمه قهرمان زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

manufacturing and modeling the properties of PCL/ Chitosan/ Galactose scaffoldfor liver tissue engineering
Liver diseases are one of the main risks to human health. Although liver tralantation is a common and effective treatment for acute liver paints, donor shortages, the high cost of tralantation. Tissue engineering using biomaterial scaffolds is a way to regenerate living tissue to replace lost or damaged organs. In order to achieve this goal, an extracellular matrix (ECM) is required for cells to adhere, differentiate and proliferate. By studying the types of scaffolds produced for various purposes and considering the special properties of the liver, in this project a blend of poly(caprolactone) and chitosan was used as suitable options for the production of liver scaffolds. Solutions of different ratios of the two polymers were prepared and the viscosity and conductivity of the solutions were measured. Viscosity changes are affected by solution concentration and electrical conductivity depending on the presence of chitosan as a polyelectrolyte and both factors affect the final diameter of nanofibers. Fiber morphology and chemical structure were also examined. Fully homogeneous nanofibers were produced with a diameter variation of 50 to 200 nm. FTIR analysis confirms the presence of chitosan in all scaffolds. Quantitative analysis of the spectra also shows that the trend of chitosan change in scaffolds is consistent with the trend of change in solutions. The degradability behavior of scaffolds in phosphate buffer solution was investigated. Morphological changes in structure by FTIR analysis and also confirmation of chitosan exit from the scaffold during degradation using TGA analysis. The degradation process caused some samples to rupture into nanofibers and create ultra-fine fibers. Changes in weight, water adsorption and contact angle, porosity changes, dimensional changes, and mechanical properties were determined at different times of degradation. the highest rate of weight-loss was observed in the first week of degradation. scaffolds with higher levels of chitosan also show higher weight-loss rates. Before degradation, the contact angle of the scaffolds varies depending on the amount of chitosan, but after degradation, it is no longer dependent on chitosan and structural changes on the web are more effective. Porosity changes were investigated by image processing and density methods, both of which showed a decrease in porosity during degradation. All scaffolds show dimensional reduction during degradation. Weight-loss and structural changes and shrinkage cause this behavior. In general, as the amount of chitosan in nanofibers increases, the nanofibers become more brittle and their modulus increases and their strength decreases. Degradation reduces modulus and strength. Also, the behavior of the degraded solution environment was analyzed using pH measurements and showed that little change in pH occurs and will not have a negative effect on the surrounding tissues. The results of degradation were in the neural network and after modeling, the optimum percentage of polymers to produce a suitable scaffold for liver tissue engineering was determined. After reproducing the optimal sample, surface treatment with galactose was performed on it in three different ways. According to SEM, FTIR, and DSC analysis, the presence of galactose in uniform nanofibers was confirmed, which reduces the crystallinity of the scaffold. Based on the contact angle measurement, the presence of galactose increases the hydrophilicity of the scaffold. The highest hydrophilicity is observed in the scaffold that has been modified after electrospinning, which has a contact angle of 82.22 ± 2.2 and has decreased compared to the optimal scaffold (98.52 ± 4.4). according to the results of degradation in phosphate buffer, the highest rate of degradation was observed in this scaffold. By culturing HepG2 cells on the modified scaffolds, and based on the results of SEM and MTT analyzes, it was found that the presence of galactose in the scaffolds increased cell growth and proliferation and was not toxic. The maximum cell viability was 107.73% and was observed in the scaffold that was galactose-containing after electrospinning. Keywords: nanofiber, poly(caprolactone), chitosan, liver tissue engineering, galactose
بیماری­های کبد از خطرات اصلی برای سلامت انسان به شمار می­آیند. اگرچه پیوند کبد یک درمان معمول و مؤثر برای بیماران حاد کبدی است، اما کمبود اهداکننده، هزینه زیاد پیوند وخطرات اجتناب ناپذیر عدم پذیرش ارگان، استفاده از پیوند کبد را محدود می­کند. مهندسی بافت با استفاده از داربست­های بیومواد، روشی برای بازسازی بافت­های زنده در جایگزینی ارگان­های از دست رفته یا آسیب دیده می­باشد. به منظور رسیدن به این هدف، وجود ماتریکس خارج سلولی (ECM) برای چسبیدن سلول­ها، تمایز و تکثیرشان الزامی است. با مطالعه انواع داربست­های تولید شده برای مصارف گوناگون و در نظر گرفتن خصوصیات ویژه مورد نظر در کبد، در این پروژه از ترکیب پلی­کاپرولاکتون و کیتوسان، به عنوان گزینه­های مناسب برای تولید داربست کبد استفاده شد. محلول­هایی از نسبت­های مختلف دو پلیمر تهیه و ویسکوزیته و هدایت الکتریکی محلول­ها اندازه­گیری گردید. تغییرات ویسکوزیته متأثر از غلظت محلول و هدایت الکتریکی وابسته به میزان حضور کیتوسان به عنوان یک پلی­الکترولیت است و هر دو عامل بر قطر نهایی نانوالیاف تأثیرگذارند. موفولوژی الیاف و ساختار شیمیایی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نانوالیاف کاملاً یکدست با تنوع قطری 50 تا 200 نانومتر تولید شدند. آنالیز FTIR حضور کیتوسان در تمامی داربست­ها را تأیید می­کند. آنالیز کمی طیف­ها نیز نشان می­دهد که روند تغییر میزان کیتوسان در داربست­ها با روند تغییر در محلول­ها همخوانی دارد. در ادامه رفتار تخریب­پذیری داربست­ها در محلول بافر فسفات بررسی شد. تغییرات مورفولوژی با استفاده از تصاویر SEM ، تغییرات شیمیایی در ساختار بوسیله آنالیز FTIR و همچنین تأیید خروج کیتوسان از داربست در حین تخریب با استفاده از آنالیز TGA مورد بررسی قرار گرفت. فرایند تخریب باعث شد در برخی نمونه­ها پارگی در نانوالیاف و ایجاد الیاف فوق ظریف مشاهده گردد. تغییرات در وزن، قدرت جذب آب و زاویه تماس، تغییرات تخلخل، تغییرات ابعادی و خواص مکانیکی در زمان­های مختلف تخریب تعیین شد. بیش­ترین میزان کاهش وزن در هفته اول تخریب مشاهده شد. همچنین داربست­هایی با میزان بالاتر کیتوسان نرخ کاهش وزن بیش­تری نشان می­دهند. قبل از تخریب، زاویه تماس وابسته به میزان کیتوسان در داربست­ها تغییر می­کند اما پس از تخریب دیگر وابسته به کیتوسان نیست و تغییرات ساختاری بوجود آمده در وب بیش­تر تأثیرگذار است. بررسی تغییرات تخلخل به دو روش پردازش تصاویر و چگالی صورت پذیرفت که در هر دو روش کاهش تخلخل درحین تخریب مشاهده گردید. تمامی داربست­ها کاهش ابعاد را در حین تخریب را نشان می­دهند. کاهش وزن و تغییرات ساختاری و جمع­شدگی باعث این رفتار است. بطور کلی با افزایش مقدار کیتوسان در نانوالیاف، الیاف شکننده­تر و مدول آن­ها افزایش و استحکام آن­ها کاهش می­یابد. تخریب باعث کاهش مدول و استحکام می­گردد. همچنین رفتار محیط محلول ناشی از تخریب، با استفاده از اندازه­گیری pH مورد آنالیز قرار گرفت و نشان داد که تغییرات چندانی در pH رخ نمی­دهد و تأثیر منفی بر بافت­های اطراف نخواهد داشت. نتایج حاصل از تخریب در شبکه عصبی اعمال شده و پس از مدلسازی، بهینه­ی درصد پلیمرها برای تولید داربست مناسب جهت مهندسی بافت کبد تعیین گشت. پس از باز تولید نمونه بهینه، عملیات اصلاح سطح با گالاکتوز به سه روش مختلف روی آن انجام شد. طبق آنالیزهای SEM، FTIR و DSC وجود گالاکتوز در نانوالیاف یکنواخت تأیید شد که منجر به کاهش بلورینگی داربست می­شود. بر اساس اندازه­گیری زاویه تماس، حضور گالاکتوز باعث افزایش آب­دوستی داربست می­شود. بیش­ترین آب­دوستی در داربستی که پس از الکتروریسی اصلاح سطح شده، مشاهده می­شود که دارای زاویه تماس 2±22/82 است و نسبت به داربست بهینه(4±52/98) کاهش یافته است. با توجه به نتایج تخریب در بافر فسفات، بیش­ترین نرخ تخریب نیز در این داربست مشاهده شد. با کشت سلول­های HepG2 روی داربست­های اصلاح شده، و بر اساس نتایج حاصل از آنالیزهای SEM و MTT مشخص گردید که وجود گالاکتوز در داربست­ها رشد و تکثیر سلول­ها را افزایش داده و هیچ گونه سمیتی به همراه ندارد. بیش­ترین میزان زندمانی سلول 73/107% بود و در داربستی که پس از الکتروریسی گالاکتوزدار شد مشاهده گردید. کلمات کلیدی: نانوالیاف، پلی­کاپرولاکتون، کیتوسان، مهندسی بافت کبد، گالاکتوز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی