نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

2 گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

چکیده

مهندسی بافت با ارائه داربست‌هایی با قابلیت تحریک استخوان‌سازی بستری مناسب را برای بازسازی و ترمیم بافت‌های استخوانی آسیب ‌دیده ایجاد می‌کند. در این مطالعه، داربست‌های پلی‌کاپرولاکتون(داربست A)، پلی‌کاپرولاکتون/کراتین(داربست B) و پلی‌کاپرولاکتون/کراتین تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی چند دیواره کربوکسیل دار(COOH-MWCNT) (داربست C) با روش الکتروریسی ساخته شد و تمایز استئوژنیک سریع سلول‌های بنیادی مزانشیمی و معدنی شدن زیستی در داربست‌ها مورد بررسی قرار گرفت. زیست فعالی داربست‌ها با روش طیف‌سنجی پراش انرژی پرتوایکس واسپکترومتری نشری پلاسمای جفت شده القایی و جذب پروتئین‌های ماتریکس خارج سلولی با کیت سنجش پروتئین BCA ارزیابی شد. همچنین، تأثیر COOH-MWCNT بر میزان فعالیت آنزیم آلکالین فسفاتاز(ALP) و رسوب کلسیم در داربست‌ها در دو مقطع زمانی ۷ و ۱۴ روز بررسی گردید. شکل‌گیری لایه هیدروکسی آپاتیت بر روی سطح داربست C بیانگر قابلیت استخوان‌زائی و زیست فعالی عالی داربست بود. میزان جذب پروتئین بر روی سطح داربست‌های B و C به ترتیب μg/mm3 ۳۲ و μg/mm3۴۳ اندازه‌ گیری شد که افزایش رشد و تکثیر سلول ها در داربست C در مقایسه با داربست B مشاهده گردید. همچنین، میزان فعالیت ALP برای داربستB‌، U/Lit ۶۲ و برای داربستC، U/Lit ۷۸ محاسبه شد که تمایز استئوژنیک سریع سلول‌های بنیادی در داربست C را نشان داد. افزایش جذب رنگ آلیزارین در داربستC در مقایسه با داربستB، نشانه رسوب بیشتر کلسیم در روی سطح داربست C بود. بنابراین، نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که داربست پلی‌کاپرولاکتون/کراتین تقویت‌شده با COOH-MWCNT با زیست فعالی و آبدوستی عالی و تمایز سریع سلول‌های بنیادی می‌تواند گزینه مناسبی برای کاربرد در مهندسی بافت استخوان باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Enhanced Biomineralization of Stem Cells and Adsorption of Extracellular Matrix Proteins on Bioactive Scaffold Reinforced with Carboxylated Multi-Walled Carbon Nanotubes

نویسندگان [English]

  • Mahboobeh Mahmoodi 1
  • Marjan Mirhaj 2
  • Seyed Amir Mirafzali 1
  • Mansoor Alizadeh 1
  • Mohammadreza Tavakoli 3

1 Department of Biomedical Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran.

2 Department of Biomedical Engineering, Isfahan University of TechnologyIsfahan, Iran

3 Department of Biomedical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Tissue engineering creates a suitable substrate for the regeneration and repair of damaged bone tissue by providing scaffolds with the ability to stimulate bone formation. In this study, polycaprolactone(PCL) scaffold(scaffold A), PCL/keratin (Kr) scaffold(scaffold B),and PCL/Kr scaffold reinforced with carboxylated multi-walled carbon nanotubes(MWCNT-COOH) (scaffold C) were fabricated by electrospinning method and rapid osteogenic differentiation and biomineralization on the scaffolds surface were evaluated. The bioactivity of scaffolds was investigated using EDS and ICP and extracellular matrix proteins adsorption on the scaffolds surface were also evaluated by BCA assay. Moreover, the effect of MWCNT-COOH on ALP and calcium deposition in the scaffolds were studied on days 7 and 14 of culture. The formation of hydroxyapatite layer on the scaffold C indicated the excellent osteoproductivity and bioactivity of scaffold. The amount of protein adsorption on the scaffolds surface B and C was measured to be 32μg/mm3 and 43μg/mm3,respectively, which showed an increase in cell proliferation on the scaffold surface C compared to the scaffold B. Also,the value of ALP activity for the scaffolds B and C was calculated to be 62U/Lit and 78U/Lit, which indicated rapid osteogenic differentiation on the surface of scaffold C. The increase in alizarin dye adsorption in the scaffold C compared to the scaffold B showed more calcium deposition on the surface of scaffold C. Therefore, the results of this study demonstrated that the PCL/Kr scaffold reinforced with MWCNT-COOH with excellent bioactivity, high protein adsorption, and rapid osteogenic differentiation can be a suitable candidate for bone tissue engineering applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbon Nanotube
  • cell differentiation
  • Mesenchymal stem cell
  • Bone scaffold
  • Biomineralization