Skip to main content
SUPERVISOR
محمدحسین فتحی (استاد راهنما) محمد رفیعی نیا (استاد راهنما) شاهین بنکدار (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mitra Naeimi Seresht
میترا نعیمی 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
آرتروز مفصلی به‌دلیل سائیدگی مفاصل در میان افراد کهنسال و نیز ورزشکاران شایع است که منجر به درد، شکنندگی، محدودیت حرکتی و تورم بافت می شود. در بازتولید غضروف به روش مهندسی بافت، استفاده از داربست مناسب برای حفظ تمایز سلولی ضروری می‌باشد. زیرا کندروسیت‌هایی که به صورت تک لایه کشت داده می‌شوند‌، تمایز و فنوتیپ غضروفی خود را از دست می‌دهند. بر این اساس، هدف از پژوهش حاضر، بررسی تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت چربی خرگوش در داربست فیبروئین و داربست نانوکامپوزیتی فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات به سمت سلول‌های غضروفی است. به این منظور داربست فیبروئین خالص و داربست فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات حاوی و فاقد نانوذرات کیتوسان حامل فاکتور رشد به روش خشکاندن انجمادی تهیه گردید. از نسبت‌های وزنی متفاوت فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات برابر با 100/0/0، 90/5/5، 70/15/15 و 50/25/25 در ساخت داربست استفاده شد. نانوذرات به روش ژل‌شدن یونی تهیه شدند و مطالعه تصاویر تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) اندازه ذرات را برابر با 5±30 نانومتر نشان داد. پس از افزودن نانوذرات به مقدار 10، 30 و 50 درصد وزنی به محلول‌های فیبروئین و فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات، انجماد سوسپانسیون حاصل و سپس قرارگیری در دستگاه خشک‌کن انجمادی داربست‌های حاوی نانوذره حاصل شدند. در مرحله بعد، داربست‌ها توسط غوطه‌وری در محلول اتانول حاوی کربودی‌ایمید (EDC) شبکه‌ای شدند و سپس مراحل پایانی شست‌و‌شو و خروج حلال انجام شد. مشخصه‌یابی داربست‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ATR-FTIR)، گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)، تفرق پرتو ایکس (XRD) و آزمون خواص مکانیکی فشاری انجام گردید. طیف سنجی مادون قرمز و تفرق پرتو ایکس تغییر صورتبندی زنجیره‌های فیبروئین و فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات از حالت آمورف به بلورین را بعد از اصلاح با اتانول/کربودی‌ایمید تأیید کردند. رفتار حرارتی داربست‌ها به کمک گرماسنجی روبشی تفاضلی مطالعه شد. نتایج حاصل از آزمون خواص مکانیکی نشان داد که مدول فشاری داربست با افزودن کندروئیتین‌سولفات و آلجینات افزایش می‌یابد. به طوری که مدول فشاری داربست خالص فیبروئینی و هیبریدی به ترتیب برابر با 2 / 0±68 / 2 و 15 / 0±35 / 3 مگاپاسکال بود. بعد از افزودن 30 درصد وزنی نانوذرات کیتوسان به داربست‌هیبریدی، مدول فشاری به 15 / 0±6 / 5 مگاپاسکال رسید. گنجایش آب و میزان تخریب داربست نانوکامپوزیتی نیز به همین ترتیب افزایش یافت. میانگین اندازه دهانه حفره‌های داربست فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات با نسبت 70/15/15 پس از افزودن 30 درصد وزنی نانوذرات کیتوسان از 2±5 / 105 میکرومتر به 17 / 6±71 / 117 میکرومتر افزایش یافت. کندروسیت‌ها و سلول‌های بنیادی به ترتیب از بافت غضروف مفصلی و بافت چربی خرگوش استخراج و در داربست‌های تهیه شده کشت داده شدند. درصد بقاء سلولی در اثر مجاورت با عصاره داربست‌ها توسط روش ام‌تی‌تی (MTT) اندازه گیری شد. بررسی چسبندگی سلول‌ها به داربست، به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. برای بررسی ترشح گلیکوزآمینوگلیکان از روش رنگ‌آمیزی آلسیان‌بلو، سافرانین‌اُ و دی‌متیل‌متیلن‌بلو و برای بررسی میزان بیان ژن از روش واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) استفاده گردید. ژن‌های مورد مطالعه، کلاژن نوع یک، کلاژن نوع دو، اگریکان و ساکس نه بودند. آزمون ام‌تی‌تی عدم سمیت سلولی داربست‌های تهیه شده را تأیید کرد. میزان ترشح گلیکوزآمینوگلیکان در داربست کامپوزیتی بیشتر از داربست فیبروئین بود. میزان گلیکوزآمینوگلیکان ترشح شده در داربست خالص فیبروئین توسط سلول‌های بنیادی ‌بعد از 14 روز برابر با 25 / 0±3 / 4 میکروگرم بر میلی لیتر بود. این مقدار در داربست ‌هیبریدی با نسبت 70/15/15 با افزودن نانوذره حاوی فاکتور رشد تبدیلی بتا-1 (1TGF-?) به طور چشمگیری افزایش یافت و به 3 / 0±9 / 8 میکروگرم بر میلی‌لیتر رسید. هم‌چنین میزان بیان کلاژن نوع دو، اگریکان و ساکس نه نیز با تفاوت معناداری در داربست نانوکامپوزیتی حاوی فاکتور رشد بیشتر بود (05 / 0P ). با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش، داربست نانوکامپوزیتی فیبروئین/کندروئیتین‌سولفات/آلجینات با نسبت وزنی 70/15/15حاوی 30 درصد وزنی نانوذرات کیتوسان بهترین پاسخ را از نظر خواص مکانیکی، شیمیایی و سلولی متناسب با کاربرد غضروف نشان داد و قابلیت تحریک تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از چربی به سمت سلول‌های غضروفی را دارا می‌باشد. کلمات کلیدی: مهندسی بافت، بیومواد، سلول‌های بنیادی، فیبروئین، غضروف

ارتقاء امنیت وب با وف بومی