Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mahshid Kharaziha-esfahani
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) مهشيد خرازيهاي اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamidreza Mokhtari
حميدرضا مختاري

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.
چکيده غضروف به عنوان يک محافظ در انتهاي استخوان‌ها، داراي يک ساختمان قابل ارتجاع، فاقد رگ خوني و لنف و عصب بوده و تغذيه از آن بسيار کند است. به همين دليل فرايند ترميم بسيارکند بوده و اکثر روش­هاي درماني براي ديگر بافت­هاي بدن، براي غضروف انجام پذير نيست. روش­هاي درماني کنوني باوجود کند بودن براي درمان، نياز به عمل جراحي تهاجمي دارند. استفاده از هيدروژل­هاي قابل تزريق به عنوان يک داربست شبيه به ماتريس خارج سلولي، بهترين گزينه براي تسريع فرآيند ترميم و حذف استفاده از عمل جراحي تهاجمي است. هدف از پژوهش حاضر ساخت هيدروژل تزريق­پذير با خواص رئولوژيکي، مکانيکي، ساختاري، بيولوژيکي مناسب به‌منظور بهبود عملکرد و ترميم بافت غضروف است. در اين پژوهش، هيدروژل­ نانوکامپوزيتي کاپاکاراگنان متااکريلات حاوي مقادير مختلف اکسيد گرافن اصلاح شده با دوپامين(1، 4، 10 و 20درصد وزني) با استفاده از اتصال عرضي فيزيکي و شيميايي ساخته و مشخصه­يابي شد. همچنين، تاثير غلظت نانوذرات بر خواص رئولوژيکي، مکانيکي، الکتريکي، شيميايي، تخريب­پذيري و زيستي داربست نانوکامپوزيتي بررسي و بهينه­سازي شد. در ادامه، توانمندي هيدروژل نانوکامپوزيتي بهينه براي ساخت نمونه سه­بعدي با شکل پيچيده با استفاده از فرايند چاپ سه­بعدي ارزيابي شد. نتايج نشان داد که پوشش­دهي اکسيد گرافن با دوپامين، ضمن احياي اکسيد گرافن سبب تشکيل لايه­اي از پلي­دوپامين در سطح نانوذرات شد که نتيجه آن بهبود برهم­کنش گرافن با زمينه کاپاکاراگنان بود. همچنين، افزودن نانوذرات اکسيد گرافن اصلاح شده با دوپامين به هيدروژل کاپاکاراگنان متااکريلات تا 20 درصد وزني، سبب افزايش ميزان حجم آب تعادلي (03/1 برابر) و کاهش نرخ تخريب (2/0 برابر) شد. علاوه بر اين، افزودن نانوذرات اکسيد گرافن اصلاح شده با دوپامين به کاپاکاراگنان متااکريلات به ميزان 4 درصد وزني باعث بهبود قابل توجه خواص نازک برشي به ميزان 5 واحد لگاريتمي شد. همچنين افزودن نانوذرات به ميزان 4 درصد وزني، باعث افزايش منطقه خطي پايداري هيدروژل نانوکامپوزيتي گرديد. در نتيجه ايجاد پيوندهاي هيدروژني بين نانوذرات اکسيد گرافن اصلاح شده و زمينه پليمري، حضور نانوذرات اکسيد گرافن اصلاح شده تا 20 درصد وزني سبب بهبود قابل توجه چقرمگي (11 برابري)، استحکام فشاري (7 برابري) و نرخ بازيابي (9/4 برابر) شد. نتايج آزمون­هاي سلولي نشان داد که افزودن نانوذرات اکسيد گرافن اصلاح شده به کاپاکاراگنان متااکريلات منجر به بهبود قابل توجه زندماني سلولي (25/1 برابر) پس از 5 روز و پخش­شدگي سلولي (6/5 برابر) شد. همچنين، با بررسي امکان قابليت چاپ سه­بعدي داربست گوش از هيدروژل نانوکامپوزيتي کاپاکاراگنان متااکريلات تقويت شده با 20 درصد وزني اکسيد گرافن اصلاح شده دوپامين، توانايي هيدروژل نانوکامپوزيتي از نظر داشتن رفتار مناسب پيش­پليمر در حين تزريق و پايداري آن تا لحظه اتصال عرضي شيميايي و فيزيکي، مورد تاييد قرار گرفت. بر اين اساس، هيدروژل نانوکامپوزيتي تزريق­پذير کاپاکاراگنان متااکريلات حاوي مقادير مختلف اکسيد گرافن اصلاح شده با دوپامين با خواص رئولوژيکي، مکانيکي، ساختاري، شيميايي و زيستي مناسب و قابل کنترل، مي­تواند پيشنهاد مناسبي جهت ترميم بافت غضروف باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی