ساخت و مشخصه‌يابي داربست رسانا بر پايه ژلما-كيتوسان-پلي‌پيرول- نانولوله‌هاي كربني چند ديواره جهت به‌كارگيري در مهندسي بافت عصب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پزشكي

دكتري

پل زدن شكاف‌هاي عصب محيطي همچنان يك چالش باليني مهم است، زيرا اتوگرافت‌ها، به عنوان استاندارد طلايي فعلي، به دليل محدوديت هايي نظيرعوارض ايمني و كمبود بافت اهداكننده با مشكلات جدي مواجه اند. از اين رو، توسعه داربست هاي پيشرفته كه بتواند محيط طبيعي عصب از نظر ساختاري و عملكردي تقليد كنند، ضروري به نظر مي آيد. اين پژوهش، راهكاري دو مرحله‌اي را براي ترميم عصب ارايه مي كند كه از طراحي يك هيدروژل رساناي نوين شروع شده و با توسعه آن در مقياس ماكرو به ساخت يك كاندوئيت هدايت عصبي سه‌بعدي مي‌رسد. در مرحله اوليه، يك كامپوزيت هيدروژل رسانا با استفاده از خواص بيوميمتيك ژلاتين متاكريلات (ژلما) و زيست‌سازگاري ذاتي كيتوسان به عنوان ماتريكس پايه، بهينه شد. به منظور ايجاد ويژگي هاي الكتروفعال مشابه بافت عصبي طبيعي، اين داربست با تركيب پلي‌پيرول (PPy) و نانولوله‌هاي كربني چند ديواره عامل‌دار(MWCNT-COOH) تقويت و اصلاح شد. در بررسي‌هاي انجام شده، تركيب بهينه ژلما/كيتوسان/ w/v1% PPy / w/v1% MWCNT-COOH (% 1GCP-MW) معرفي شد، فرمولاسيوني كه رسانايي الكتريكي S·m−1 1.54، مدول فشاري 2.95مگاپاسكال، اندازه تخلخل 62±107/209 ميكرومتر، نرخ تورم 86/212 درصد و زاويه تماس 55.62 درجه را نشان داد. پروفايل تخريب طولاني‌مدت داربست بهينه در ارزيابي شش هفته‌اي، با مراحل زيستي ترميم عصب تطابق مناسبي نشان داد؛ به‌گونه‌اي كه داربست در دو هفته اول يكپارچگي ساختاري خود را حفظ مي‌كند و سپس هم‌زمان با بلوغ بافت و آغاز ميلين‌سازي در هفته چهارم، به‌تدريج تخريب مي‌شود تا فضاي لازم براي ادغام كامل بافت جديد فراهم گردد. در اين مدت، اين داربست حدود 36/61 درصد تخريب نشان داد. نتايج آزمون‌هاي زيست‌سازگاري نشان دادند كه اين كامپوزيت، با ارتقا زنده‌ماني سلولي در روز پنجم، بيشترين تكثير و چسبندگي سلولي را در سلول‌هاي PC-12 و SH-SY5Y ايجاد كرده، درحالي‌كه با افزايش غلظت نانولوله‌ها تا w/v2% به‌دليل تجمع و افزايش سميت، عملكرد زيستي داربست كاهش يافت. علاوه بر اين، ظرفيت آن به عنوان يك حامل دارويي با رهايش آسكوربيك اسيد (ويتامينC) تأييد شد. اين هيدروژل بهينه بارگذاري‌شده با ويتامين C، رهايش دارو را به‌صورت انفجار اوليه و سپس رهايش آهسته‌تر نشان داد؛ به‌طوري‌كه درصد رهايش ويتامين C در 6 ساعت 4/92 درصد و در 48 ساعت 38/97 درصد بود، مكانيسم رهايش با مدل كورس‌ماير-پپاس بهترين انطباق را داشت (0٫9550R²= و0٫03794 n= نشان‌دهنده انتشار فيك) و آزمون سنجش آنتي‌اكسيداني نيز فعاليت آنتي‌اكسيداني هيدروژل حاوي دارو را 84/58 درصد در برابر هيدروژل بدون دارو 46/17 درصد تأييد كرد. با تكيه بر اين ماده بهينه شده، فاز دوم فرمولاسيون تمركز بر ساخت كاندوئيت سه بعدي شد. در ادامه، يك كانال هدايت عصبي تك كاناله با تزريق هيدروژل به يك قالب چاپ سه‌بعدي و اتصال عرضي آن به كمك نور فرابنفش براي تشكيل يك شبكه پليمري پايدار ساخته شد. اين داربست، منجر به ايجاد كاندوئيتي با ساختار متخلخل (88.29 ميكرومتر)، مدول فشاري (0.05 مگاپاسكال)، رسانايي الكتريكي مناسب (S·m−1 1.19) و نرخ تورم متعادل (2/185درصد) شد. نتايج نشان داد اين كاندوئيت، طي 21 روز كاهش جرم به‌مراتب كمتري نسبت به كنترل داشته (51/31 درصد در برابر52/77 درصد) و در عين حفظ بهتر ساختار متخلخل، بالاي 90٪ زيست‌پذيري سلول‌هاي SH-SY5Y و مورفولوژي كشيده‌تر و فيلوپوديايي را ايجاد كرده است. همچنين اين نرخ تخريب كنترل‌شده با جدول زماني فيزيولوژيكي بازسازي عصب محيطي هم‌خواني دارد و مي‌تواند حمايت مكانيكي لازم را در مراحل اوليه ترميم تا زمان پل‌زدن آكسوني فراهم كند. در مجموع، يافته‌هاي اين پژوهش مي‌تواند گامي در راستاي توسعه كاندوئيت‌هاي هدايت عصبي سه بعدي رسانا و چندعملكردي براي كاربرد در بازسازي عصب محيطي باشد.

237797

بيومتريال

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان