SUPERVISOR
Sheyda Labbaf,Mohammad Hossei Enayati
شیدا لباف (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
STUDENT
Sajjad Fanaee
سجاد فنائی
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 یک بافت سخت در بدن وظیفهی حمایت و حفاظت از اندامهای مختلف را به عهده دارد و در عین حال حرکت را نیز تسهیل میکند. ترمیم آسیبدیدگیهای بزرگ استخوانی با عملکرد طبیعی بافت استخوان انجام نمیشود و نیاز به دخالت جراح دارد. راه حل نوین در درمان عیوب و بیماری های استخوان، استفاده از داربستهای مصنوعی است. هدف از این پژوهش ساخت داربستهای استخوانی بیوکامپوزیتی پلیمر-شیشه زیست فعال با پوشش پروتئین میباشد. ذرات زیر-میکرون شیشه زیستفعال با ابعاد برابر80±720 نانومتر(30=n) سنتز شدند. الیاف پلیکاپرولاکتن/ژلاتین با به کار گیری 5/2 درصد وزنی از این ذرات در ساختار، الکتروریسی شدند. الیاف ساخته شده کاملا یکنواخت بودند و قطر این الیاف 60±250 نانومتر محاسبه شد(70=n). بررسیهای انجام شده نشان داد که الیاف نانو/میکرو حاصله بسیار زیستفعال هستند به طوری که تنها پس 5 روز غوطه وری در محلو شبیهسازی بدن سطح آنها به طور کامل از هیدروکسی آپاتیت پوشیده میشود. بررسی زاویه ترشوندگی نشان داد که این الیاف کاملا آبدوست هستند. آزمونهای سلولی، حمایت الیاف از چسبندگی و تکثیر سلولی را تایید کرد. پس از 14 روز کشت سلولهای بنیادی پالپ دندانی، آزمون آلیزارین رد انجام شد و نشان داده شد که الیاف باعٍ تمایز سلولهای پالپ دندانی به سلولهای استخوانی شده اند. چنین رفتاری در غیاب فاکتورهای استئوژنیک و تنها به خاطر حضور شیشههای زیست فعال صورت گرفت که از این نظر بسیار حائز اهمیت است. در بخش دوم پژوهش حاضر، نانوذرات شیشه زیستفعال با ابعاد 15±70 نانومتر(40n=) سنتز شدند. الیاف پلیکاپرولاکتن/ژلاتین حاوی 25/1، 5/2 و 5 درصد وزنی نانوذرات شیشه زیست فعال الکتروریسی شدند. بررسی نتایج حاصل از آزمون کشش الیاف نشان داد که ذرات حاوی 5 درصد وزنی با استحکام کششی 7/0±7/12 مگاپاسکال، افزایش طول 11±91 درصد، مدول الاستیک 9±79 مگاپاسکال خواص مکانیکی بهتر از سایر الیاف دارند. بنابر این، این الیاف به عنوان بهینه انتخاب شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از الیاف بهینه، حضور ذرات در الیاف را تایید کرد. همچنین، زیستفعالی این الیاف با غوطهوری آنها در محلول شبیهسازی بدن و تشکیل هیدروکسی آپاتیت پس از 10 روز تایید شد. پروتئینهای فیبرونکتین و آلبومین سرم گاوی بر سطح الیاف بدون هیدروکسیآپاتیت و دارای هیدروکسیآپاتیت سطحی متصل شدند. حضور پروتئینها بر سطح الیاف به وسیلهی آزمون طیف سنجی مادون قرمز و بررسی افزایش پیوندهای آمیدی تایید شد. بررسیهای کمی با آزمون مرئی-فرابنفش نشان داد که میزان پروتئین جذب شده بر سطح دارای هیدروکسی آپاتیت بیشتر از سطح بدون هیدروکسی آپاتیت است (498±23 میکروگرم/میلیگرم در مقابل 54±363 میکروگرم/میلیگرم). به منظور بررسی قابلیت استفاده از الیاف به عنوان حاملهای دارویی، الیاف بدون نانوذره، حاوی 3 درصد وزنی داروی آموکسیسیلین، الکتروریسی شدند و نرخ رهایشداروی آنها بررسی شد. نشان دادهشد که الیاف طی دو مرحله رهایش انفجاری و رهایش آهسته، دارو را آزاد میکنند به طوریکه برای الیاف کراسلینک نشده، 70 درصد دارو تنها در 1 ساعت اول رهایش یافت و رهایش تا پایان 24 ساعت به طور تدریجی کامل شد. نرخ رهایش برای الیاف کراسلینک شده کمتر بود. بررسی خاصیت باکتری کشی الیاف در برابر باکتریهای استافیلوکوک ارئوس و اشریشیا کلی و اندازهگیری قطر هاله عدم رشد، نشان داد که الیاف حاوی دارو چه در حالت کراسلینک شده و چه در حالت کراسلینک نشده، در برابر استافیلوکوک ارئوس خاصیت آنتی باکتریال دارند اما در برابر اشریشیا کلی، خاصیت باکتریکشی ندارند.