ساخت و ارزیابی داربست ابریشم- کیتوسان به‌عنوان ابزار کشت سه ‌بعدی سلول‌های شبه استخوانی

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی بافت، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

2 مرکز تحقیقات بیوسنسور، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

3 گروه علوم تشریحی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

4 گروه بیوشیمی، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی نجف‌آباد، ایران

چکیده

مقدمه: کشت و تکثیر سلول‌های شبه استخوانی، با هدف استفاده در مطالعات پژوهشی و درمانی همواره از اهمیت زیادی برخوردار است. در این‌ بین، مطالعات نشان داده است که کشت سلول‌ها در یک محیط سه ‌بعدی با هندسه‌ی مهندسی ‌شده، در مقایسه با کشت در محیط دو بعدی، اثرات بهتری بر روی سلول‌ها دارد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و ارزیابی داربستی با ویژگی‌های مناسب، برای کشت سه‌ بعدی سلول‌های شبه استخوانی بود.روش‌ها: داربست ابریشم- کیتوسان به روش خشکاندن انجمادی تهیه گردید. ساختار داربست‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. خواص مکانیکی داربست‌ها توسط تست فشار و تخریب پذیری داربست‌ها با ارزیابی درصد کاهش وزن آن‌ها در محلول Phosphate buffer salin سنجیده شد. تأثیر جزء ابریشمی داربست بر روی درصد بقای سلولی با استفاده از آزمون MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] و چسبندگی سلولی با کشت سلول‌های شبه استخوانی 63MG بر روی بستر ابریشمی ارزیابی شد.یافته‌ها: تصاویر میکروسکوپ الکترونی- روبشی، وجود تخلخل‌های سطحی مناسب برای نفوذ سلول به داخل ساختار داربست و به هم‌پیوستگی مناسب تخلخل‌ها برای انتقال متابولیت‌ها و سیگنال‌های شیمیایی را نشان داد. متوسط قطر تخلخل‌های سطحی داربست‌ها، 75/46 ± 90/200 میکرومتر به دست آمد که این اندازه، در مقایسه با میانگین قطر سلول‌ها (95 میکرومتر)، بسیار بزرگ‌تر بود. خواص مکانیکی داربست برای استفاده به ‌عنوان ابزار کشت سه ‌بعدی سلول مناسب بود؛ به طوری که میانگین مدول فشاری داربست‌ها 8/0 ± 6/0 مگاپاسکال به دست آمد. همچنین، نتایج تست تخریب پذیری نشان داد که میزان تخریب داربست‌ها با افزایش درصد وزنی جزء کیتوسان افزایش می‌یابد. نتایج آزمون MTT و کشت سلولی، نشان داد ابریشم استفاده‌ شده در ساختار داربست‌های کامپوزیتی برای سلول‌ها سمیت ندارد و سلول‌ها توانایی چسبیدن به سطح ابریشم را دارند.نتیجه‌گیری: داربست ابریشم- کیتوسان ساخته ‌شده به روش خشکاندن انجمادی، می‌تواند ابزاری مناسب برای کشت سه ‌بعدی سلول‌های شبه استخوانی باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Preparation and Characterization of Silk-Chitosan Composite as a Three-Dimensional Tool for Culturing Osteoblast-Like Cells

نویسندگان [English]

  • Shahin Rouhi 1
  • Mohammad Rafienia 2
  • Hossein Salehi 3
  • Elaheh Poorazizi 4
1 Department of Tissue Engineering, Nagafabad Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
2 Biosensor Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Department of Anatomical Sciences, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
4 Department of Biochemistry, Islamic Azad University, Nagafabad Branch, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: The culture and proliferation of osteoblast-like cells has an important role in clinical and research use and bone biology. The results have shown that culturing cells in a three-dimensional tissue-like microenvironment with engineered geometrical properties gives a better effect on cell culture than two-dimensional ones. The aim of the present study was construction and evolution of a three-dimensional scaffold with suitable features for the cultivation of osteoblast-like cells.Methods: Silk-chitosan scaffold was prepared via freeze drying method. Scaffolds structure was analyzed using scanning electron microscopy. The mechanical properties of scaffolds were evaluated via measuring the compressive strength and the degradation of them was investigated via incubating the samples in phosphate buffer salin. The cytotoxicity of silk on MG63 cells was assessed using MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] assay and cell adhesion was investigated after cell incubation on silk substrate.Findings: Scanning electron microscopy data indicated the appropriate porosity and porous structure (pore size: 200.90 ± 46.75 μm) on scaffold surface that might improve nutrient transport, transmission of signal and cell penetration into the scaffolds. The results of mechanical properties showed that the scaffold was appropriate for three-dimensional culture of cells and the compressive strength was 0.6 ± 0.8 MPa at scaffold. Degradation test results showed that increasing the weight ratio of the chitosan raised the rate of the scaffold degradation. The results of MTT assay and cell culturing confirmed non-toxicity of silk and its ability to accommodate cell adhesion.Conclusion: Silk-chitosan scaffold prepared via freeze drying methods can be promising for three-dimensional culture of osteoblast-like cells.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scaffold
  • Silk
  • Chitosan
  • Three-dimensional cultures

مراجع

  1. Doblare M, Garci‎a J, Gomez M. Modelling bone tissue fracture and healing: a review. Engineering Fracture Mechanics 2004; 71(13-14): 1809-40.
  2. Porter JR, Ruckh TT, Popat KC. Bone tissue engineering: a review in bone biomimetics and drug delivery strategies. Biotechnol Prog 2009; 25(6): 1539-60.
  3. Kim HW, Kim HE, Salih V. Stimulation of osteoblast responses to biomimetic nanocomposites of gelatin-hydroxyapatite for tissue engineering scaffolds. Biomaterials 2005; 26(25): 5221-30.
  4. Price N, Bendall SP, Frondoza C, Jinnah RH, Hungerford DS. Human osteoblast-like cells (MG63) proliferate on a bioactive glass surface. J Biomed Mater Res 1997; 37(3): 394-400.
  5. Justice BA, Badr NA, Felder RA. 3D cell culture opens new dimensions in cell-based assays. Drug Discov Today 2009; 14(1-2): 102-7.
  6. Pampaloni F, Reynaud EG, Stelzer EH. The third dimension bridges the gap between cell culture and live tissue. Nat Rev Mol Cell Biol 2007; 8(10): 839-45.
  7. Lee J, Cuddihy MJ, Kotov NA. Three-dimensional cell culture matrices: state of the art. Tissue Eng Part B Rev 2008; 14(1): 61-86.
  8. Tibbitt MW, Anseth KS. Hydrogels as extracellular matrix mimics for 3D cell culture. Biotechnol Bioeng 2009; 103(4): 655-63.
  9. Liu L, Tang KL, Yang L, Jing YK, Li QH. Study of biological safety of scaffold material with heterologous deproteinized bone. Chin J Traumatol 2006; 9(4): 234-7.
  10. Hollister SJ. Porous scaffold design for tissue engineering. Nat Mater 2005; 4(7): 518-24.
  11. Moore MJ, Jabbari E, Ritman EL, Lu L, Currier BL, Windebank AJ, et al. Quantitative analysis of interconnectivity of porous biodegradable scaffolds with micro-computed tomography. J Biomed Mater Res A 2004; 71(2): 258-67.
  12. Guan L, Davies JE. Preparation and characterization of a highly macroporous biodegradable composite tissue engineering scaffold. J Biomed Mater Res A 2004; 71(3): 480-7.
  13. Alsberg E, Kong HJ, Hirano Y, Smith MK, Albeiruti A, Mooney DJ. Regulating bone formation via controlled scaffold degradation. J Dent Res 2003; 82(11): 903-8.
  14. Stock UA, Vacanti JP. Tissue engineering: current state and prospects. Annu Rev Med 2001; 52: 443-51.
  15. Gunatillake PA, Adhikari R. Biodegradable synthetic polymers for tissue engineering. Eur Cell Mater 2003; 5: 1-16.
  16. Garg T, Singh O, Arora S, Murthy R. Scaffold: a novel carrier for cell and drug delivery. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst 2012; 29(1): 1-63.
  17. Altman GH, Diaz F, Jakuba C, Calabro T, Horan RL, Chen J, et al. Silk-based biomaterials. Biomaterials 2003; 24(3): 401-16.
  18. Vepari C, Kaplan DL. Silk as a Biomaterial. Prog Polym Sci 2007; 32(8-9): 991-1007.
  19. Chandy T, Sharma CP. Chitosan--as a biomaterial. Biomater Artif Cells Artif Organs 1990; 18(1): 1-24.
  20. Aramwit P, Kanokpanont S, De-Eknamkul W, Srichana T. Monitoring of inflammatory mediators induced by silk sericin. J Biosci Bioeng 2009; 107(5): 556-61.
  21. Aramwit P, Kanokpanont S, Nakpheng T, Srichana T. The effect of sericin from various extraction methods on cell viability and collagen production. Int J Mol Sci 2010; 11(5): 2200-11.
  22. Nazarov R, Jin HJ, Kaplan DL. Porous 3-D scaffolds from regenerated silk fibroin. Biomacromolecules 2004; 5(3): 718-26.
  23. Hofmann S, Hagenmuller H, Koch AM, Muller R, Vunjak-Novakovic G, Kaplan DL, et al. Control of in vitro tissue-engineered bone-like structures using human mesenchymal stem cells and porous silk scaffolds. Biomaterials 2007; 28(6): 1152-62.
  24. Muthumanickkam A, Subramanian S, Goweri M, Sofi Beaula W, Ganesh V. Comparative study on eri silk and mulberry silk fibroin scaffolds for biomedical applications. Iran Polym J 2013; 22(3): 143-54.
  25. Andiappan M, Sundaramoorthy S, Panda N, Meiyazhaban G, Winfred S, Venkataraman G, et al. Electrospun eri silk fibroin scaffold coated with hydroxyapatite for bone tissue engineering applications. Prog Biomater 2013; 2(1): 1-11.
  26. She Z, Zhang B, Jin C, Feng Q, Xu Y. Preparation and in vitro degradation of porous three-dimensional silk fibroin/chitosan scaffold. Polymer Degradation and Stability 2008; 93(7): 1316-22.
  27. She Z, Jin C, Huang Z, Zhang B, Feng Q, Xu Y. Silk fibroin/chitosan scaffold: preparation, characterization, and culture with HepG2 cell. J Mater Sci Mater Med 2008; 19(12): 3545-53.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 33، شماره 342 - شماره پیاپی 342
مرداد و شهریور 1394
صفحه 1107-1119

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 23 تیر 1394
  • تاریخ بازنگری: 06 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار