بررسي اثر تنش برشي بر پاسخ تمايزي سلول هاي بنيادي مزانشيمي در داربست نانو كامپوزيتي چند لايه فيبرويين- نانو الياف فيبرويين براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان- غضروف

Investigating the Effect of Shear Stress on the Differentiation Response of Mesenchymal Stem Cells in Multi-Layered Silk Fibroin Nanocomposite Scaffolds for Use in Bone-Cartilage Tissue Engineering

ترميم آسيب هاي بافت استئوكندرال به دليل پيچيدگي بسيار زياد اين بافت و توانايي محدود در خود ترميمي بافت غضروف آن را با چالش بزرگي روبرو كرده است. در اين راستا مهندسي بافت با ارائه داربستهاي حاوي سلول هاي بنيادي همراه با اعمال تنش هاي مكانيكي به عنوان راهكار پيشنهادي جديد براي ترميم اين بافت مورد توجه محققان قرار گرفته است. اين مطالعه در مرحله نخست شامل ساخت داربست سه لايه فيبرويين ابريشم- نانو الياف فيبرويين به روش خشكايش انجمادي و پس از آن شبيه سازي كامپيوتري تحريك مكانيكي داربست حاوي سلول هاي بنيادي در بيوراكتور پرفيوژن به روش اجزاء محدود جهت طراحي بهينه آزمون هاي سلولي و در مرحله آخر شامل انجام آزمون هاي سلولي بود. آزمون هاي مشخصه يابي نشان داد كه اين داربست از بهم پيوستگي بسيار خوبي در بين لايه ها برخوردار است و اندازه متوسط تخلخل ها در لايه استخوان، لايه مياني و غضروف به ترتيب 76،152 و102 ميكرون بود. نتايج شبيه سازي حاصل از عبور جريان سيال نشان داد كه چنانچه لايه استخوان در مسير ورودي جريان قرار گيرد دامنه توزيع تنش برشي در داربست يكنواخت تر بوده و باعث تسهيل تمايز استخواني و غضروفي مي شود. همچنين نتايج تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه پس از14روز اعمال تنش مكانيكي، علاوه بر گسترش سلولي موجب نفوذ سلول ها به لايه هاي پايين ترداربست شده است. علاوه بر اين اعمال جريان پرفيوژن به مدت 21 روز منجر به افزايش معني دار بيان ژن هاي استخوان و غضروف سلول هاي بنيادي بافت چربي خرگوش در لايه استخوان و غضروف داربست در مقايسه با كشت استاتيك شد.

The repair of osteochondral tissue damage has faced a great challenge due to the great complexity of this tissue and the limited self-healing ability of the cartilage tissue. In this regard, tissue engineering by providing scaffolds containing stem cells along with the application of mechanical stress as a new proposed solution for the repair of this tissue has attracted the attention of researchers. In the first stage, this study includes the construction of a three-layer silk fibroin-fibroin nanofiber scaffold by freeze-drying method and then computer simulation of the mechanical stimulation of the scaffold containing stem cells in the perfusion bioreactor using the finite element method for the optimal design of cell tests and in the next step Finally, it included cell tests. The characterization tests showed that this scaffold has a very good connection between the layers and the average size of the pores in the bone layer, middle layer and cartilage were 76, 152 and 102 microns, respectively. The results of the simulation of the flow of fluid showed that if the bone layer is placed in the path of the flow, the range of shear stress distribution in the scaffold is more uniform and facilitates bone and cartilage differentiation. Also, the results of the scanning electron microscope images showed that after 14 days of mechanical stress, in addition to cell expansion, the cells penetrated to the lower layers of the scaffold. In addition, the application of perfusion flow for 21 days led to a significant increase in the expression of bone and cartilage genes of rabbit adipose tissue stem cells in the bone and cartilage layer of the scaffold compared to static culture.