Skip to main content
SUPERVISOR
سعید کرباسی (استاد مشاور) داریوش سمنانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elham Naghash Zargar
الهام نقاش زرگر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388
Ruptures and other injuries to tendons and ligaments are among the most common damages to the body, specifically in the young and physically active population. Recently, tissue engineering (TE) has been recognized as a new approach to regenerate damaged tissues instead of commonly used surgical grafts such as biological and synthetic grafts. On the other hands, some shortcomings of tendons and ligaments restoration may be overcome through tissue engineering methods. The aim of this research is to model and design the silk/P3HB hybrid yarn scaffold for tendon and ligament tissue engineering. First of all, a neural network method used to estimate mechanical properties of multilayer twisted scaffold. Then, a genetic algorithm model was developed for automation and optimization designing scaffold and afterward a computer model of finite elements method was used for simulation. So, variable parameters including the number of filament and the number of twist in each layer of 4-layer twisted scaffold were defined and according to Taguchi orthogonal matrix, the experiments were designed. After that, the designed neural network was trained based on the back propagation algorithm. The best neural network was formed from one hidden layers, in which the hidden layer has 8, 3 neurons for output layer, 8 neurons for input layer. Tangent-hyperbolic, sigmoid and linear was used as activation functions. In following step, genetic algorithm method was applied to optimize the main characteristics successfully with 10% error in comparison with real values of tissues. Finally, a hybrid scaffold made of silk fibroin and P3HB electrospun fibers was designed. It was necessary to optimize the electrospinning parameters for P3HB solutions. Optimized conditions of electrospinning were found by using statistical analysis. The concentration, voltage, distance spinneret-collector and solution flow rate conditions were optimized as 5%, 10 kv, 20 cm and 0.5 ml/h for P3HB solution. Then the hybrid scaffolds were produced and physico-mechanical properties as well as in vitro cell culture were experienced. The results of FTIR tests showed that there is no any interaction between silk fibroin and P3HB electrospun fiber in structural formation of hybrid scaffold where both basic polymers remain in the final scaffold, independently. Also, both structures including silk fibroin and hybrid samples made of P3HB and silk were manufactured to evaluate the growth of L929 cells while no toxicity was proved in all samples according to in vitro cytotoxicity. The results of cytocompatibility tests show that the samples combined with P3HB electrospun fibers have more cell growth than SF sample in longer time (3 rd day) and they can be a promised substrate for L929 cells. Key words: Tendon and ligament tissue engineering, Artificial neural network, Genetic algorithm, Finite element method, Hybrid yarn
روش های درمانی جراحات تاندون و لیگامنت به عنوان یکی از شایع ترین جراحات وارده بر بدن به خصوص در میان افراد جوان از اهمیت زیادی برخوردار است. به غیر از روش های درمانی رایج در استفاده از گرافت های بیولوژیکی و مصنوعی، انواع روش های مهندسی بافت روش نوید بخش تری در شبیه سازی بافت تاندون و لیگامنت طبیعی ارائه می کنند. هدف از انجام این تحقیق، طراحی و مدل سازی داربست نخ هیبریدی تاب دار متشکل از الیاف ابریشم و P3HB در مهندسی بافت تاندون و لیگامنت می باشد. به منظور مدل سازی، بهینه سازی و شبیه سازی رایانه ای رفتار مکانیکی داربست نخ تاب دار چند لایه، از روش پیش بینی شبکه عصبی، بهینه سازی الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی اجزاء محدود استفاده شده است. در ابتدا براساس روش نمونه گیری تاگوچی و متغیر های تعداد فیلامنت های ابریشم و میزان تاب در هر لایه از نخ تاب دار 4 لایه، نمونه گیری انجام و خواص مکانیکی اندازه گیری شد. در ادامه با استفاده از الگوریتم آموزش انتشار خطای پس رو، بهترین ساختار شبکه عصبی با یک لایه میانی، 8 نرون در لایه ورودی، 8 نرون در لایه میانی، 3 نرون در لایه خروجی، توابع انتقال تانژانت هایپربولیک، سیگموئیدی و خطی با نرخ آموزش 01/0 با توجه به خطای کمتر شبکه انتخاب شد. با کمک شبکه عصبی فوق، بهینه سازی الگوریتم ژنتیک با حدود 10% خطا در پیش بینی خواص مکانیکی و ارائه بهترین ساختار نخ تاب دار نزدیک به خواص مکانیکی بافت تاندون و لیگامنت هدف طراحی گردید. با شبیه سازی رایانه ای اجزاء محدود تغییرات تنش و کرنش ساختار تشکیل دهنده نخ تاب دار بررسی شد. در ادامه نخ هیبریدی تاب دار، متشکل از الیاف الکتروریسی شده پلی(3-هیدروکسی بوتیرات) (P3HB) و میکرو الیاف ابریشم طراحی گردید. به این منظور در ابتدا شرایط بهینه الکتروریسی پلیمر P3HB با 5% غلظت محلول پلیمری، 10 کیلو ولت اختلاف ولتاژ ، 20 سانتیمتر فاصله ریسندگی و 5/0 میلی لیتر بر ساعت نرخ تغذیه به دست آمد. در شرایط بهینه الکتروریسی قطر متوسط الیاف 1271 نانو متر اندازه گیری شد. با پوشش دهی الیاف الکتروریسی شده بر سطح فیلامنت های ابریشمی و استفاده از یک مرحله تابندگی بعد از مرحله پوشش دهی، نخ هیبریدی به دست آمد. با استفاده از آنالیز طیف سنجی مادون قرمز عدم ایجاد برهم کنش جدید بین دو جزء ابریشم و P3HB در یک ترکیب نخ هیبریدی بررسی شد. در آخر ارزیابی سلول سازگاری داربست های هیبریدی و غیر هیبریدی با استفاده از سلول های فیبروبلاست L929 به روش مستقیم و غیر مستقیم انجام و عدم سمیت سلولی داربست ها اثبات شد. رشد سلولی بهتر داربست هیبریدی در روز سوم در مقایسه با داربست غیر هیبریدی بیانگر تاثیر مثبت الیاف الکتروریسی شده در ساختار می باشد. کلمات کلیدی مهندسی بافت تاندون و لیگامنت، شبکه های عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک، اجزاء محدود، نخ هیبریدی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی