SUPERVISOR
Sheyda Labbaf,Mohammad Hossei Enayati
شيدا لباف (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
STUDENT
Sajjad Fanaee
سجاد فنائي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Preparation and Evaluation of Nano-biocomposite Scaffolds of Polycaprolactone-Gelatin-Bioactive glass, Coated with BSA and Fibronectin Proteins Containing Amoxicillin for Bone Tissue Engineering
Bone as a hard tissue in the body has the task of protecting and protecting various organs, while facilitating movement. The repair of large bony lesions with normal bone function is not necessary and requires the intervention of a surgeon. The new solution to the treatment of defects and bone diseases is the use of artificial scaffolds. The purpose of this study was to construct biocompatible bone scaffolds of polymer-glass with a protein-coated bioactive coating. Sub-micron particles of bioactive glass were synthesized with dimensions of 720 ± 80 nm (n = 30). Polyacroplacten / gelatin fibers were electrically charged by using 2.5% wt. Of these particles in the structure. The fibers were completely uniform and the diameter of these fibers was calculated to be 60 ± 250 nm (n = 70). The results of this study showed that the nano / micro-fibers produced are highly bioactive so that after only 5 days of immersion in the simulation of the surface of the body, they are completely covered with hydroxyapatite. The study of the wetting angle showed that these fibers are completely hydrophilic. Cell testing confirmed the fiber support of adhesion and cell proliferation. After 14 days of cultivation of dental pulp stem cells, the Alizarin reed test was performed and it was shown that the fibers were differentiated into dental pulp cells into bone cells. Such behavior was carried out in the absence of osteogenic factors and only due to the presence of bioactive glasses, which is very important in this regard. In the second part of the present study, bioactive glass nanoparticles with a diameter of 70 ± 15 nm (n = 40) were synthesized. The polyacroplacten / gelatin fibers contained 1.25, 2.5 and 5 wt.% Of nanoparticles of biodegradable glass electrodes. The results of the tensile strength test showed that the particles containing 5 wt% of tensile strength of 12.7 ± 0.7 MPa, 91 ± 11% increase, and 79 ± 9 MPa elastic modulus have better mechanical properties than other fibers. Therefore, these fibers were selected as optimal. The images of the electron microscope passing through the optimum fiber confirmed the presence of particles in the fiber. Also, the bioactive effect of these fibers was confirmed by immersion in a body simulation solution and the formation of hydroxyapatite after 10 days. Protein fibronectin and serum albumin were bonded to the surface of non-hydroxyapatite fibers and superficial hydroxyapatite. The presence of proteins on the fiber surface was confirmed by the infrared spectroscopy test and the study of the amplification of amylated ligaments. Quantitative studies with ultra-violet-visible test showed that the amount of protein absorbed on the surface of hydroxyapatite was higher than that of non-hydroxyapatite (498 ± 23 ?g / ml versus 363 ± 54 ?g / ?g). In order to evaluate the ability of fibers to be used as drug carriers, nanoparticle fibers containing 3% by weight of amoxicillin were electronized and their release rate was investigated. It was shown that the fibers released the drug during two stages of its explosive release and slow release, so that for non-crosslinking fibers, 70% of the drug was released only in the first hour and its release until the end of the 24 hours Gradually completed. The release rate for crosslinked fibers was lower. The study of the bactericidal properties of the fibers against Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria and the measurement of the diameter of the non-growth hole showed that the fiber containing the drug was either crosslinked or crosslinked, against Staphylococcus aureus Aureus has an antibacterial property, but it does not have bactericidal properties against E. coli.
استخوان به عنوان يک بافت سخت در بدن وظيفهي حمايت و حفاظت از اندامهاي مختلف را به عهده دارد و در عين حال حرکت را نيز تسهيل ميکند. ترميم آسيبديدگيهاي بزرگ استخواني با عملکرد طبيعي بافت استخوان انجام نميشود و نياز به دخالت جراح دارد. راه حل نوين در درمان عيوب و بيماري هاي استخوان، استفاده از داربستهاي مصنوعي است. هدف از اين پژوهش ساخت داربستهاي استخواني بيوکامپوزيتي پليمر-شيشه زيست فعال با پوشش پروتئين ميباشد. ذرات زير-ميکرون شيشه زيستفعال با ابعاد برابر80±720 نانومتر(30=n) سنتز شدند. الياف پليکاپرولاکتن/ژلاتين با به کار گيري 5/2 درصد وزني از اين ذرات در ساختار، الکتروريسي شدند. الياف ساخته شده کاملا يکنواخت بودند و قطر اين الياف 60±250 نانومتر محاسبه شد(70=n). بررسيهاي انجام شده نشان داد که الياف نانو/ميکرو حاصله بسيار زيستفعال هستند به طوري که تنها پس 5 روز غوطه وري در محلو شبيهسازي بدن سطح آنها به طور کامل از هيدروکسي آپاتيت پوشيده ميشود. بررسي زاويه ترشوندگي نشان داد که اين الياف کاملا آبدوست هستند. آزمونهاي سلولي، حمايت الياف از چسبندگي و تکثير سلولي را تاييد کرد. پس از 14 روز کشت سلولهاي بنيادي پالپ دنداني، آزمون آليزارين رد انجام شد و نشان داده شد که الياف باعٍ تمايز سلولهاي پالپ دنداني به سلولهاي استخواني شده اند. چنين رفتاري در غياب فاکتورهاي استئوژنيک و تنها به خاطر حضور شيشههاي زيست فعال صورت گرفت که از اين نظر بسيار حائز اهميت است. در بخش دوم پژوهش حاضر، نانوذرات شيشه زيستفعال با ابعاد 15±70 نانومتر(40n=) سنتز شدند. الياف پليکاپرولاکتن/ژلاتين حاوي 25/1، 5/2 و 5 درصد وزني نانوذرات شيشه زيست فعال الکتروريسي شدند. بررسي نتايج حاصل از آزمون کشش الياف نشان داد که ذرات حاوي 5 درصد وزني با استحکام کششي 7/0±7/12 مگاپاسکال، افزايش طول 11±91 درصد، مدول الاستيک 9±79 مگاپاسکال خواص مکانيکي بهتر از ساير الياف دارند. بنابر اين، اين الياف به عنوان بهينه انتخاب شدند. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري از الياف بهينه، حضور ذرات در الياف را تاييد کرد. همچنين، زيستفعالي اين الياف با غوطهوري آنها در محلول شبيهسازي بدن و تشکيل هيدروکسي آپاتيت پس از 10 روز تاييد شد. پروتئينهاي فيبرونکتين و آلبومين سرم گاوي بر سطح الياف بدون هيدروکسيآپاتيت و داراي هيدروکسيآپاتيت سطحي متصل شدند. حضور پروتئينها بر سطح الياف به وسيلهي آزمون طيف سنجي مادون قرمز و بررسي افزايش پيوندهاي آميدي تاييد شد. بررسيهاي کمي با آزمون مرئي-فرابنفش نشان داد که ميزان پروتئين جذب شده بر سطح داراي هيدروکسي آپاتيت بيشتر از سطح بدون هيدروکسي آپاتيت است (498±23 ميکروگرم/ميليگرم در مقابل 54±363 ميکروگرم/ميليگرم). به منظور بررسي قابليت استفاده از الياف به عنوان حاملهاي دارويي، الياف بدون نانوذره، حاوي 3 درصد وزني داروي آموکسيسيلين، الکتروريسي شدند و نرخ رهايشداروي آنها بررسي شد. نشان دادهشد که الياف طي دو مرحله رهايش انفجاري و رهايش آهسته، دارو را آزاد ميکنند به طوريکه براي الياف کراسلينک نشده، 70 درصد دارو تنها در 1 ساعت اول رهايش يافت و رهايش تا پايان 24 ساعت به طور تدريجي کامل شد. نرخ رهايش براي الياف کراسلينک شده کمتر بود. بررسي خاصيت باکتري کشي الياف در برابر باکتريهاي استافيلوکوک ارئوس و اشريشيا کلي و اندازهگيري قطر هاله عدم رشد، نشان داد که الياف حاوي دارو چه در حالت کراسلينک شده و چه در حالت کراسلينک نشده، در برابر استافيلوکوک ارئوس خاصيت آنتي باکتريال دارند اما در برابر اشريشيا کلي، خاصيت باکتريکشي ندارند.