مشخصه‌یابی داربست کامپوزیتی نانوالیاف پلی‌کاپرولاکتون/ ماتریکس خارج سلولی جهت کاربرد در مهندسی بافت

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم تشریح، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی بافت، دانشکده‌ی فن‌آوری‌های نوین پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی ایران، تهران، ایران

3 استادیار، گروه زیست‌فن‌آوری، دانشکده‌ی علوم و فن‌آوری نوین، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

4 گروه زیست‌فن‌آوری، دانشکده‌ی علوم و فن‌آوری نوین، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

5 استادیار، گروه علوم تشریح، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: نانوالیاف الکتروریسی شده، پتانسیل قابل توجهی در افزایش کارآمدی مناسب داربست‌ها جهت مهندسی بافت غضروف نشان داده‌اند. افزودن ماتریکس بدون سلول به داربست‌های نانوالیاف به منظور شبیه‌سازی محیط خارج سلولی طبیعی در مهندسی بافت تأثیر مثبت دارد. هدف از انجام این مطالعه، الکتروریسی پلی‌کاپرولاکتون/ماتریکس خارج سلولی /Extracellular matrix(ε-caprolactone)Poly یا PCL/ECM) و بررسی رفتار مکانیکی و بیولوژیکی آن برای کاربرد در مهندسی بافت است.روش‌ها: داربست‌های پلی‌کاپرولاکتون و پلی‌کاپرولاکتون/ماتریکس خارج سلولی با الکتروریسی شدن 10 درصد وزنی/حجمی محلول پلی‌کاپرولاکتون و پلی‌کاپرولاکتون/ماتریکس خارج سلولی با حلال‌های دی‌کلرومتان و دی‌متیل سولفوکسید آماده شد. برای بررسی بقا و تکثیر سلول‌های بنیادی مشتق شده از بافت چربی انسان در داربست، از روش MTT استفاده شد. برای بررسی ریخت‌شناسی (Morphology)، پایداری و خواص سطح داربست از روش‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون استحکام کششی، جذب آب و اندازه‌گیری زاویه‌ی تماس استفاده شد.یافته‌ها: در داربست الکتروریسی شده‌ی پلی‌کاپرولاکتون/ماتریکس خارج سلولی، میزان آب‌دوستی، جذب آب و استحکام کششی نسبت به داربست الکتروریسی شده‌ی پلی‌کاپرولاکتون افزایش معنی‌داری را نشان داد. میزان تخلخل در داربست PCL/ECM کاهش و قطر الیاف افزایش داشت. همچنین، زیستایی و تزاید سلول‌ها در داربست PCL/ECM در روز هفتم نیز افزایش معنی‌داری را نشان داد.نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه، نشان داد که افزودن ماتریکس خارج سلولی به داربست پلی‌کاپرولاکتون، موجب بهینه شدن خواص داربست حاصل، جهت مهندسی بافت می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Characterization of Poly(ε-Caprolactone)/Extracellular Matrix Nanofibers Composite Scaffold for Tissue Engineering

نویسندگان [English]

  • Sahar Ghosouri 1
  • Mohsen Setayeshmehr 2
  • Asghar Taheri-Kafrani 3
  • Parisa Dehghani 4
  • Ali Valiani 5
1 MSc Student, Department of Anatomical Sciences, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 PhD Student, Department of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, School of Advanced Technologies in Medicine, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Biotechnology, School of Advanced Sciences and Technologies, University of Isfahan, Isfahan, Iran
4 Department of Biotechnology, School of Advanced Sciences and Technologies, University of Isfahan, Isfahan, Iran
5 Assistant Professor, Department of Anatomical Sciences, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: Electrospun nanofibers have shown significant potential as an origin for forming cartilage tissue engineering scaffolds. Acellular extracellular matrices have been incorporated into nanofiber scaffolds to more closely replicate the extracellular niche. The aim of this study was to investigate the electrospinning of poly(ε-caprolactone)/extracellular matrix (PCL/ECM) and its mechanical and biological behavior for tissue engineering.Methods: PCL and PCL/ECM scaffolds were prepared via electrospinning of the 10% (w/v) solution contain PCL and PCL/ECM by dichloromethane (DCM) and dimethylsulfoxide (DMSO) solutions. The MTT technique was used to study the survival and proliferation of human adipose-derived stem cells in scaffold. The morphology, stability, and scaffold surface properties were studied using scanning electron microscopy, tensile strength test, water absorption, and contact angle measurement.Findings: The PCL/ECM electrospinning scaffold showed significant increase in hydrophobicity, water absorption, and tensile strength compared to PCL electrospinning scaffold. The porosity and diameter of the fibers in the scaffold had a relative reduction. Moreover, the viability and proliferation of cells on the seventh day showed a significant increase.Conclusion: The results of this study showed that adding extracellular matrix to PCL scaffold improves the properties of the scaffold for tissue engineering.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tissue engineering
  • Nanofibers
  • Poly(sigma-caprolactone)
  • Extracellular matrix

مراجع

  1. Xue J, Feng B, Zheng R, Lu Y, Zhou G, Liu W, et al. Engineering ear-shaped cartilage using electrospun fibrous membranes of gelatin/polycaprolactone. Biomaterials 2013; 34(11): 2624-31.
  2. Holmes B, Fang X, Zarate A, Keidar M, Zhang LG. Enhanced human bone marrow mesenchymal stem cell chondrogenic differentiation in electrospun constructs with carbon nanomaterials. Carbon 2016; 97: 1-13.
  3. Conconi MT, De Coppi P, Di Liddo R, Vigolo S, Zanon GF, Parnigotto PP, et al. Tracheal matrices, obtained by a detergent-enzymatic method, support in vitro the adhesion of chondrocytes and tracheal epithelial cells. Transpl Int 2005; 18(6): 727-34.
  4. Bosnakovski D, Mizuno M, Kim G, Takagi S, Okumura M, Fujinaga T. Chondrogenic differentiation of bovine bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) in different hydrogels: influence of collagen type II extracellular matrix on MSC chondrogenesis. Biotechnol Bioeng 2006; 93(6): 1152-63.
  5. Gong YY, Xue JX, Zhang WJ, Zhou GD, Liu W, Cao Y. A sandwich model for engineering cartilage with acellular cartilage sheets and chondrocytes. Biomaterials 2011; 32(9): 2265-73.
  6. Eyrich D, Brandl F, Appel B, Wiese H, Maier G, Wenzel M, et al. Long-term stable fibrin gels for cartilage engineering. Biomaterials 2007; 28(1): 55-65.
  7. Fang HW. Human acellular cartilage matrix powders as a biological scaffold for cartilage tissue engineering with synovium-derived mesenchymal stem cells. J Biomed Mater Res A 2014; 102(7): 2248-57.
  8. Garrigues NW, Little D, Sanchez-Adams J, Ruch DS, Guilak F. Electrospun cartilage-derived matrix scaffolds for cartilage tissue engineering. J Biomed Mater Res A 2014; 102(11): 3998-4008.
  9. He X, Feng B, Huang C, Wang H, Ge Y, Hu R, et al. Electrospun gelatin/polycaprolactone nanofibrous membranes combined with a coculture of bone marrow stromal cells and chondrocytes for cartilage engineering. Int J Nanomedicine 2015; 10: 2089-99.
  10. Sreerekha PR, Menon D, Nair SV, Chennazhi KP. Fabrication of fibrin based electrospun multiscale composite scaffold for tissue engineering applications. J Biomed Nanotechnol 2013; 9(5): 790-800.
  11. Gibson M, Beachley V, Coburn J, Bandinelli PA, Mao HQ, Elisseeff J. Tissue extracellular matrix nanoparticle presentation in electrospun nanofibers. Biomed Res Int 2014; 2014: 469120.
  12. Rutledge GC, Fridrikh SV. Formation of fibers by electrospinning. Adv Drug Deliv Rev 2007; 59(14): 1384-91.
  13. Neshati Z, Bahrami AR, Eshtiagh-Hosseini H, Matin MM, Housaindokht MR, Tabari T, et al. Evaluating the biodegradability of Gelatin/Siloxane/Hydroxyapatite (GS-Hyd) complex in vivo and its ability for adhesion and proliferation of rat bone marrow mesenchymal stem cells. Cytotechnology 2012; 64(5): 485-95.
  14. Ghasemi-Mobarakeh L, Semnani D, Morshed M. A novel method for porosity measurement of various surface layers of nanofibers mat using image analysis for tissue engineering applications. J Appl Polym Sci 2007; 106(4): 2536-42.
  15. Esfandiary E, Valiani A, Hashemibeni B, Moradi I, Narimani M. The evaluation of toxicity of carbon nanotubes on the human adipose-derived-stem cells in-vitro. Adv Biomed Res 2014; 3: 40.
  16. Chang KY, Hung LH, Chu IM, Ko CS, Lee YD. The application of type II collagen and chondroitin sulfate grafted PCL porous scaffold in cartilage tissue engineering. J Biomed Mater Res A 2010; 92(2): 712-23.
  17. Xiao T, Guo W, Chen M, Hao C, Gao S, Huang J, et al. Fabrication and in vitro study of tissue-engineered cartilage scaffold derived from wharton's jelly extracellular matrix. Biomed Res Int 2017; 2017; 5839071.
  18. Arima Y, Iwata H. Effect of wettability and surface functional groups on protein adsorption and cell adhesion using well-defined mixed self-assembled monolayers. Biomaterials 2007; 28(20): 3074-82.
  19. Lien SM, Ko LY, Huang TJ. Effect of pore size on ECM secretion and cell growth in gelatin scaffold for articular cartilage tissue engineering. Acta Biomater 2009; 5(2): 670-9.
  20. Accardi MA, McCullen SD, Callanan A, Chung S, Cann PM, Stevens MM, et al. Effects of fiber orientation on the frictional properties and damage of regenerative articular cartilage surfaces. Tissue Eng Part A 2013; 19(19-20): 2300-10.
  21. Croisier F, Duwez AS, Jerome C, Leonard AF, van der Werf KO, Dijkstra PJ, et al. Mechanical testing of electrospun PCL fibers. Acta Biomater 2012; 8(1): 218-24.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 37، شماره 521 - شماره پیاپی 521
خرداد و تیر 1398
صفحه 296-302

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 13 شهریور 1397
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار