ساخت و بررسي خواص زيستي داربست‏هاي كامپوزيتي ابريشم بازيابي شده / شيشه زيست‏فعال براي مهندسي بافت استخوان

Fabrication and Characterization of Regenerated Silk/bioglass Composites for Bone Tissue Engineering

هدف: يكي از مسايل اصلي مهندسي بافت استخوان طراحي و ساخت داربست‏هاي سه‏بعدي زيست‏فعال و قابل جذبي است كه بتواند يكپارچگي ساختاري خود را در طول زمان ترميم حفظ كند؛ يكي از رويكردهاي دست‏يابي به اين هدف ساخت داربست‏هاي كامپوزيتي است. مواد و روش‏ها: در اين پژوهش ساخت و مشخصه‏يابي داربست كامپوزيتي متشكل از ابريشم بازيابي شده و شيشه زيست‏فعال بيان شده است. ابريشم بازيابي شده از پيله‏هاي كرم ابريشم و شيشه كلسيم سيليكوفسفاتي به روش سل- ژل تهيه شد. براي ايجاد يك كامپوزيت يكنواخت، ذرات شيشه زيست‏فعال آسياب و توسط تري آمينو پروپيل تريتوكسي سيلان پوشش داده شد. داربست‏هاي كامپوزيتي ابريشم/ شيشه زيست‏فعال به روش خشكاندن انجمادي و در نسبت‏هاي متفاوتي تهيه شد. نتايج: شيشه زيست‏فعال و پروتيين ابريشم (فيبرويين) با استفاده از آزمون هاي FTIR و XRD بررسي شد. در طيف FTIR پروتيين ابريشم نقاط اوج به طور واضح در طول موج‏هايcm-1 1655 و cm-1 1530 ظاهر شد كه حضور فيبرويين را تاييد مي‏كرد. انجام آزمون XPS روي پودر شيشه پوشش داده، حضور گروه‏هاي آميني روي سطح ذرات شيشه را نشان داد. سپس ساختار داربست‏هاي سه بعدي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد. تصاوير به‏دست آمده ساختار يكنواخت و متخلخل داربست‏ها را به خوبي مشخص كرد. سلول‏هاي بنيادي مزانشيمي انساني روي داربست‏ها كاشته شد و طي 21 روز آزمون‏هاي زيستي، رشد و تكثير و تمايز روي آن‏ها انجام شد. نتيجه‏گيري: با توجه به ساختار يكپارچه، زيست‏سازگاري و تمايز استخواني سلول‏ها پس از سه هفته، به نظر مي‏رسد داربست‏هاي كامپوزيتي ابريشم/ شيشه زيست‏فعال گزينه قابل طرحي در زمينه داربست‏هاي مهندسي بافت استخوان باشد.

Objective: One of the major issues in bone tissue engineering is the design and fabrication of bioactive, bioresorbable porous 3D scaffolds capable of maintaining their structure and integrity over a predictable period of time. One such approach is the fabrication of composite scaffolds. Methods: In this study we present fabrication and characterization of novel silk/bioglass-composite scaffolds. Regenerated fibroin was constructed from mulberry silk cocoons and calcium silicophosphate bioactive glass was made by sol-gel processing. For fabrication of a homogenous composite, grained bioglass particles were modified with 3-aminopropyltriethoxysilane coating. Fibroin/bioglass composite scaffolds were fabricated by the freeze-dry technique at different concentrations. Results: Silk protein extract was evaluated by FTIR and XRD methods. FTIR spectrum showed sharp amide peaks at 1655 cm-1 and 1530 cm-1 wave lengths, which confirmed the existence of fibroin. XPS analysis demonstrated that the amino groups were established on the surface of the glass powder. The fabricated 3D scaffolds were morphologically analyzed by scanning electron microscopy, which showed uniformly dispersed bioglass particles in all structures. Scaffolds were seeded with human mesenchymal stem cells for 21 days. Conclusion: Considering the cytocompatibility of the scaffolds and osteogenic differentiation during three weeks, it could be concluded that the appropriate combination of structural and biological properties make the silk/bioglass composite scaffold a probable choice for potential use in bone tissue engineering.