مطالعه‌‌ی رفتار سلولی داربست الکتروریسی شده‌ی پلی‌کاپرولاکتون/ژلاتین حاوی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و ویتامین D3

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

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

3 دانشیار، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران و گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

4 استادیار، گروه علوم تشریح و بیولوژی مولکولی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: داربست، به عنوان یک عنصر اساسی در مهندسی بافت، باید خواص فیزیکی، شیمیایی و رفتار سلولی مناسب جهت بازسازی بافت، ارایه کند.روش‌ها: داربست نانوکامپوزیتی مبتنی بر پلی‌کاپرولاکتون/ژلاتین حاوی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و ویتامین D3 توسط روش الکتروریسی ساخته شد. پارامترهای محلول و فرایند، برای به دست آوردن خواص مناسب، بهینه‌سازی شدند. ریخت‌شناسی الیاف و سلول‌های MG-63 کشت داده شده، تعاملات شیمیایی میان مولکول‌های تشکیل دهنده‌ی داربست و میزان رسوب مواد معدنی، به ترتیب توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) و رنگ‌آمیزی Alizarin قرمز، نشان داده شد.یافته‌ها: قطر متوسط داربست کامپوزیتی Polycaprolactone/gelatin/nano-hydroxyapatite/Vitamin D3 (PCL/Gel/nHA/Vit D3) برابر 531 نانومتر به دست آمد. کشت سلول‌های استئوبلاست بر روی داربست‌ها نشان داد که افزودن Vit D3 به داربست PCL/Gel/nHA باعث اتصال و تکثیر بیشتر سلول‌ها می‌گردد. همچنین، رنگ‌آمیزی رسوب مواد معدنی داربست‌ها با رنگ Alizarin قرمز، نشان داد که میزان رسوب مواد معدنی در داربست PCL/Gel/nHA/Vit D3، به طور معنی‌داری بیشتر از داربست‌های دیگر بود (050/0 > P).نتیجه‌گیری: خواص برتر نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و ویتامین D3 گنجانیده شده در داربست بر پایه‌ی پلی‌کاپرولاکتون/ژلاتین تأیید شد و مشاهدات نشان داد که این داربست کامپوزیتی، می‌تواند کاندیدای مناسبی برای مهندسی بافت استخوان باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of Cell Behavior of the Electrospun Polycaprolactone/Gelatin Scaffold Containing Nano-hydroxyapatite and Vitamin D3

نویسندگان [English]

  • Mansoureh Sattary 1
  • Mohamamd Rafienia 2
  • Mohammad Taghi Khorasani 3
  • Hossein Salehi-Rozve 4
1 PhD Student, Department of Biomedical Engineering, School of Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Biosensor Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Associate Professor, Iran Polymer and Petrochemical Institute AND Department of Biomedical Engineering, School of Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Anatomical Sciences and Molecular Biology, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: Scaffold, an essential element of tissue engineering, should provide proper physical and chemical properties and evolve suitable cell behavior for tissue regeneration.Methods: Polycaprolactone/gelatin-based nanocomposite scaffolds containing nano-hydroxyapatite and vitamin D3 was fabricated using the electrospinning method. To obtain suitable properties, solution and process parameters were optimized. Fiber morphology and MG-63 cells were cultured; chemical interactions between molecules forming scaffold and the amount of mineral deposition were determined via scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and alizarin red staining, respectively.Findings: The mean diameter of PCL/Gel/nHA/Vit D3 nanofibers was about 531 nm. The culture of osteoblast cells on the scaffolds showed that the addition of Vit D3 to PCL/Gel/nHA scaffold caused further attachment and proliferation of the cells. In addition, stained mineral deposits scaffolds with alizarin red staining showed that the amount of mineralized deposits was significantly higher in PCL/Gel/nHA/Vit D3 scaffold than other scaffolds (P < 0.05).Conclusion: Superior properties of nano-hydroxyapatite and vitamin D3 blended in polycaprolactone/gelatin-based scaffold were confirmed. The observations also revealed that the composite scaffold could be a good candidate for bone tissue engineering.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bone
  • Tissue engineering
  • Nano-hydroxyapatite-collagen
  • Vitamin D3

مراجع

  1. Vasita R, Katti DS. Nanofibers and their applications in tissue engineering. Int J Nanomedicine 2006; 1(1): 15-30.
  2. Khorshidi S, Solouk A, Mirzadeh H, Mazinani S, Lagaron JM, Sharifi S, et al. A review of key challenges of electrospun scaffolds for tissue-engineering applications. J Tissue Eng Regen Med 2016; 10(9): 715-38.
  3. Vatankhah E, Semnani D, Prabhakaran MP, Tadayon M, Razavi S, Ramakrishna S. Artificial neural network for modeling the elastic modulus of electrospun polycaprolactone/gelatin scaffolds. Acta Biomater 2014; 10(2): 709-21.
  4. Chong EJ, Phan TT, Lim IJ, Zhang YZ, Bay BH, Ramakrishna S, et al. Evaluation of electrospun PCL/gelatin nanofibrous scaffold for wound healing and layered dermal reconstitution. Acta Biomater 2007; 3(3): 321-30.
  5. Gautam S, Dinda AK, Mishra NC. Fabrication and characterization of PCL/gelatin composite nanofibrous scaffold for tissue engineering applications by electrospinning method. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2013; 33(3): 1228-35.
  6. Venkatesan J, Kim SK. Nano-hydroxyapatite composite biomaterials for bone tissue engineering--a review. J Biomed Nanotechnol 2014; 10(10): 3124-40.
  7. Chen JP, Chang YS. Preparation and characterization of composite nanofibers of polycaprolactone and nanohydroxyapatite for osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Colloids Surf B Biointerfaces 2011; 86(1): 169-75.
  8. Causa F, Netti PA, Ambrosio L, Ciapetti G, Baldini N, Pagani S, et al. Poly-epsilon-caprolactone/ hydroxyapatite composites for bone regeneration: in vitro characterization and human osteoblast response. J Biomed Mater Res A 2006; 76(1): 151-62.
  9. Lien YH, Wu JH, Liao JW, Wu TM. In vitro evaluation of the thermosensitive and magnetic nanoparticles for the controlled drug delivery of vitamin D3. Macromol Res 2013; 21(5): 511-8.
  10. Curtis KM, Aenlle KK, Roos BA, Howard GA. 24R,25-dihydroxyvitamin D3 promotes the osteoblastic differentiation of human mesenchymal stem cells. Mol Endocrinol 2014; 28(5): 644-58.
  11. Liu H, Ding X, Zhou G, Li P, Wei X, Fan Y. Electrospinning of nanofibers for tissue engineering applications. J Nanomate 2013; 2013: 495708.
  12. Neppalli R, Marega C, Marigo A, Bajgai MP, Kim HY, Causin V. Improvement of tensile properties and tuning of the biodegradation behavior of polycaprolactone by addition of electrospun fibers. Polymer 2011; 52(18): 4054-60.
  13. Tetteh G, Khan AS, Delaine-Smith RM, Reilly GC, Rehman IU. Electrospun polyurethane/hydroxyapatite bioactive Scaffolds for bone tissue engineering: The role of solvent and hydroxyapatite particles. J Mech Behav Biomed Mater 2014; 39: 95-110.
  14. Jaiswal AK, Chhabra H, Soni VP, Bellare JR. Enhanced mechanical strength and biocompatibility of electrospun polycaprolactone-gelatin scaffold with surface deposited nano-hydroxyapatite. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2013; 33(4): 2376-85.
  15. Hong S, Kim G. Fabrication of electrospun polycaprolactone biocomposites reinforced with chitosan for the proliferation of mesenchymal stem cells. Carbohydr Polym 2011; 83(2): 940-6.
  16. Geng S, Zhou S, Bi Z, Glowacki J. Vitamin D metabolism in human bone marrow stromal (mesenchymal stem) cells. Metabolism 2013; 62(6): 768-77.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 35، شماره 425 - شماره پیاپی 425
خرداد و تیر 1396
صفحه 387-392

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 18 دی 1395
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار