تولید داربست‌های "نانوکامپوزیتی" با استفاده از روش چاپ سه بعدی
محققان دانشگاه صنعتی شریف و با همکاری پژوهشگران مرکز تحقیقات ماکس پلانک آلمان با استفاده از روش چاپ سه بعدی غیر مستقیم موفق به تولید داربست‌های نانوکامپوزیتی مهندسی بافت با ساختار حفره‌های کنترل شده گردیدند .
به گزارش خبرنگار علمی باشگاه خبرنگاران، محققان دانشگاه صنعتی شریف و با همکاری پژوهشگران مرکز تحقیقات ماکس پلانک آلمان با استفاده از روش چاپ سه بعدی غیر مستقیم موفق به تولید داربست‌های نانوکامپوزیتی مهندسی بافت با ساختار حفره‌های کنترل شده گردیدند. با استفاده از این روش امکان طراحی داربست‌هایی با ابعاد خارجی و نیز حفره‌های داخلی مطابق با محل شکستگی فراهم آمده و پیشرفت عظیمی در صنایع تولید تجهیزات پزشکی ایجاد خواهد شد .
سلول‌ها به صورت طبیعی توسط ماتریس خارج سلولی (ECM) احاطه شده‌اند. این ماتریس رفتار سلولی و عملکردهای ضروری آن مانند مهاجرت، چسبندگی، تکثیر وتمایز را به کمک علایم شیمیایی و فیزیکی، پشتیبانی و هدایت می‌کند. بنابراین، طراحی حفره‌های داخلی و کنترل ابعاد خارجی داربست با ساختار کنترل شده برای هدایت رفتار سلول در تعامل با ECM یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر کارآیی داربست‌های مهندسی بافت مورد استفاده در ترمیم ضایعات استخوانی است. در دهه اخیر استفاده از روش چاپ سه بعدی به دلیل قابلیت کنترل طراحی داربست مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. با این وجود به دلیل محدودیت در انتخاب مواد، این روش در مراحل ساخت همواره با چالش مواجه بوده است. به تازگی محققان تلاش قابل توجهی در توسعه سه بعدی داربست در مقیاس نانو برای کاربردهای مهندسی بافت انجام داده‌اند. در این پژوهش محققان کشورمان با استفاده از روش چاپ سه بعدی غیرمستقیم به بررسی امکان ساخت داربست‌های سه بعدی با حفرات کنترل شده پرداختند .
دکتر الناز تمجید دانش‌آموخته پژوهشکده علوم و فناوری نانو دانشگاه صنعتی شریف، در رابطه با نحوه انجام این کار تحقیقاتی بیان کرد:« در این پژوهش سعی شد با استفاده از روش چاپ سه بعدی غیر مستقیم داربست‌های نانوکامپوزیتی با ساختار حفرات کنترل شده حاوی نانوذرات مختلف دی اکسید تیتانیم و بیوگلاس با اندازه ذرات میکرونی و نانومتری تولید شده و با استفاده از آزمون‌های برون تنی، سینتیک رشد بافت استخوانی بر روی آن مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور ابتدا قالب فداشونده با ساختار سه بعدی تهیه گردید و سپس سطح آن توسط پارافین پوشش داده شد. پس ازخشکاندن انجمادی، حذف قالب فداشونده با استفاده از آب و حلال‌های شیمیایی صورت گرفت. به منظور مطالعه قابلیت اتصال، تکثیر و تمایز سلولی سلول‌های پیش‌استخوان‌ساز موش (MC3T3-E1) از مشاهدات میکروسکوپ کنتراست فازی و آنالیز (ALP) استفاده شد. مشاهدات میکروسکوپ لیزر کانفوکال و مشاهدات بافت‌شناسی ضمن تأیید رشد سه بعدی بافت در عمق حفره‌ها نشان داد که ماتریس خارج سلولی نیز تشکیل شده است. همچنین یک سینتیک چهار مرحله‌ای برای رشد بافت بر روی داربست‌های نانوکامپوزیتی سه بعدی پیشنهاد شده و ضمن مقایسه اثر جنس داربست، اثر هندسه دوبعدی و سه بعدی نیز بر روی تکثیر و تمایز سلولی مورد مطالعه قرار گرفته است .»
نتایج این پژوهش حاکی از این بود که افزودن نانوذرات به زمینه پلیمری به دلیل تمایل بیشتر نانوذرات به تجمع در سطح، سطح مؤثر تماس ذرات با سلول‌ها را افزایش می‌دهد. به علاوه این نانوذرات با ایجاد نانوتوپوگرافی، افزایش زبری و سفتی سطح، بر چسبندگی (Cell adhesion) و تکثیر (Cell proliferation) و تمایز سلولی (Cell Differentiation) اثرگذارند. به این ترتیب علیرغم آنکه عموماً دی اکسید تیتانیم به عنوان یک ماده زیست‌خنثی شناخته می‌شود، نانوکامپوزیت‌های حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیم در مقایسه با پلیمر خالص، رشد بافت و تمایز سلولی بیشتری از خود نشان می‌دهند. همچنین نشان داده شد که به دلیل سطح مؤثر بیشتر، نرخ انحلال نانوذرات بیوگلاس در محیط کشت در مقایسه با ذرات بیوگلاس میکرومتری بیشتر است .
به طور کلی می‌توان گفت این داربست‌های نانوکامپوزیتی با قابلیت اتصال، تکثیر و تمایز سلولی (در کمتر از یک ماه) در شرایط برون‌تنی قابلیت ترمیم و جایگزینی بافت استخوانی را دارا بوده و خواص مکانیکی توده‌ای و نانومتری آن‌ها نیز در محدوده قابل قبولی قرار دارد .
تمجید با بیان اینکه در حال حاضر با همکاری آزمایشگاه‌های علوم پزشکی کشور به دنبال انجام آزمون‌های درون‌تنی روی مدل‌های حیوانی (موش) هستند، ابراز امیدواری نمود که استفاده از چنین فرایندی امکان تولید صنعتی با شرایط کاملاً تکرارپذیر را فراهم خواهد کرد .
نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر الناز تمجید و دکتر عبدالرضا سیم‌چی، دکتر رضا باقری و دکتر منوچهر وثوقی (اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف) و نیز با همکاری، دکتر جان دبلیو سی دانلوپ و دکتر پیتر فرتزل از مرکز تحقیقات ماکس پلانک آلمان صورت گرفته است در مجله Journal of Biomedical Materials Research A (جلد 101، شماره 10، ماه اکتبر سال 2013، صفحات 2796 تا 2806) به چاپ رسیده است .
انتهای پیام/
سلول‌ها به صورت طبیعی توسط ماتریس خارج سلولی (ECM) احاطه شده‌اند. این ماتریس رفتار سلولی و عملکردهای ضروری آن مانند مهاجرت، چسبندگی، تکثیر وتمایز را به کمک علایم شیمیایی و فیزیکی، پشتیبانی و هدایت می‌کند. بنابراین، طراحی حفره‌های داخلی و کنترل ابعاد خارجی داربست با ساختار کنترل شده برای هدایت رفتار سلول در تعامل با ECM یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر کارآیی داربست‌های مهندسی بافت مورد استفاده در ترمیم ضایعات استخوانی است. در دهه اخیر استفاده از روش چاپ سه بعدی به دلیل قابلیت کنترل طراحی داربست مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. با این وجود به دلیل محدودیت در انتخاب مواد، این روش در مراحل ساخت همواره با چالش مواجه بوده است. به تازگی محققان تلاش قابل توجهی در توسعه سه بعدی داربست در مقیاس نانو برای کاربردهای مهندسی بافت انجام داده‌اند. در این پژوهش محققان کشورمان با استفاده از روش چاپ سه بعدی غیرمستقیم به بررسی امکان ساخت داربست‌های سه بعدی با حفرات کنترل شده پرداختند .
دکتر الناز تمجید دانش‌آموخته پژوهشکده علوم و فناوری نانو دانشگاه صنعتی شریف، در رابطه با نحوه انجام این کار تحقیقاتی بیان کرد:« در این پژوهش سعی شد با استفاده از روش چاپ سه بعدی غیر مستقیم داربست‌های نانوکامپوزیتی با ساختار حفرات کنترل شده حاوی نانوذرات مختلف دی اکسید تیتانیم و بیوگلاس با اندازه ذرات میکرونی و نانومتری تولید شده و با استفاده از آزمون‌های برون تنی، سینتیک رشد بافت استخوانی بر روی آن مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور ابتدا قالب فداشونده با ساختار سه بعدی تهیه گردید و سپس سطح آن توسط پارافین پوشش داده شد. پس ازخشکاندن انجمادی، حذف قالب فداشونده با استفاده از آب و حلال‌های شیمیایی صورت گرفت. به منظور مطالعه قابلیت اتصال، تکثیر و تمایز سلولی سلول‌های پیش‌استخوان‌ساز موش (MC3T3-E1) از مشاهدات میکروسکوپ کنتراست فازی و آنالیز (ALP) استفاده شد. مشاهدات میکروسکوپ لیزر کانفوکال و مشاهدات بافت‌شناسی ضمن تأیید رشد سه بعدی بافت در عمق حفره‌ها نشان داد که ماتریس خارج سلولی نیز تشکیل شده است. همچنین یک سینتیک چهار مرحله‌ای برای رشد بافت بر روی داربست‌های نانوکامپوزیتی سه بعدی پیشنهاد شده و ضمن مقایسه اثر جنس داربست، اثر هندسه دوبعدی و سه بعدی نیز بر روی تکثیر و تمایز سلولی مورد مطالعه قرار گرفته است .»
نتایج این پژوهش حاکی از این بود که افزودن نانوذرات به زمینه پلیمری به دلیل تمایل بیشتر نانوذرات به تجمع در سطح، سطح مؤثر تماس ذرات با سلول‌ها را افزایش می‌دهد. به علاوه این نانوذرات با ایجاد نانوتوپوگرافی، افزایش زبری و سفتی سطح، بر چسبندگی (Cell adhesion) و تکثیر (Cell proliferation) و تمایز سلولی (Cell Differentiation) اثرگذارند. به این ترتیب علیرغم آنکه عموماً دی اکسید تیتانیم به عنوان یک ماده زیست‌خنثی شناخته می‌شود، نانوکامپوزیت‌های حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیم در مقایسه با پلیمر خالص، رشد بافت و تمایز سلولی بیشتری از خود نشان می‌دهند. همچنین نشان داده شد که به دلیل سطح مؤثر بیشتر، نرخ انحلال نانوذرات بیوگلاس در محیط کشت در مقایسه با ذرات بیوگلاس میکرومتری بیشتر است .
به طور کلی می‌توان گفت این داربست‌های نانوکامپوزیتی با قابلیت اتصال، تکثیر و تمایز سلولی (در کمتر از یک ماه) در شرایط برون‌تنی قابلیت ترمیم و جایگزینی بافت استخوانی را دارا بوده و خواص مکانیکی توده‌ای و نانومتری آن‌ها نیز در محدوده قابل قبولی قرار دارد .
تمجید با بیان اینکه در حال حاضر با همکاری آزمایشگاه‌های علوم پزشکی کشور به دنبال انجام آزمون‌های درون‌تنی روی مدل‌های حیوانی (موش) هستند، ابراز امیدواری نمود که استفاده از چنین فرایندی امکان تولید صنعتی با شرایط کاملاً تکرارپذیر را فراهم خواهد کرد .
نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر الناز تمجید و دکتر عبدالرضا سیم‌چی، دکتر رضا باقری و دکتر منوچهر وثوقی (اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف) و نیز با همکاری، دکتر جان دبلیو سی دانلوپ و دکتر پیتر فرتزل از مرکز تحقیقات ماکس پلانک آلمان صورت گرفته است در مجله Journal of Biomedical Materials Research A (جلد 101، شماره 10، ماه اکتبر سال 2013، صفحات 2796 تا 2806) به چاپ رسیده است .
انتهای پیام/
