راكتور زيستي فلاسك لرزان براي كشت پوياي سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي بر نانوالياف الكتروريسي شده پلي‌كاپرولاكتون- نانوهيدروكسي آپاتيت براي مهندسي بافت استخوان

Shake Flask Bioreactor System for Dynamic Culture of Mesenchymal Stem Cells on Electrospun PCL-nHA Nanofibrous Scaffolds for Bone Tissue Engineering

هدف: در اين مطالعه اثر محيط كشت پويا (در راكتور زيستي فلاسك لرزان) بر تكثير و تمايز سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي به سلول‌هاي استخواني با استفاده از داربست‌هاي الكتروريسي شده پلي‌كاپرولاكتون- نانوهيدروكسي آپاتيت بررسي شد. مواد و روش‌ها: ابتدا داربست‌هاي پلي‌كاپرولاكتون- نانوهيدروكسي آپاتيت به روش الكتروريسي تهيه شد. پس از كشت ايستاي سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي روي داربست‌ها، داربست‌ها در يك دوره‌ 21 روزه به دو گروه كشت ايستا و راكتور زيستي فلاسك لرزان تقسيم شدند. تكثير و تمايز سلول‌ها در روزهاي 7، 14 و 21، با آزمايش‌هاي MTT، كلسيم و آلكالين فسفاتاز بررسي شد. نتايج: تكثير سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي روي لايه‏هاي داربست توسط آزمون MTT بررسي شد. تكثير سلولي (جذب نوري) روي لايه‌ها در روز 21 پس از كشت درون راكتور زيستي فلاسك لرزان (18/2= OD) نسبت به حالت ايستا (68/1= OD) بالاتر بود. به‌منظور مطالعات تمايز استخواني، مقدار رسوب كلسيم و فعاليت آلكالين فسفاتاز اندازه‌گيري شد. ميزان رسوب كلسيم براي كشت پويا 6/1 برابر بيشتر از كشت ايستا بود كه اين اختلاف نشان دهنده تمايز بيشتر سلول‌ها در دوره 21 روزه درون راكتور زيستي فلاسك لرزان بود. فعاليت آلكالين فسفاتاز درون راكتور زيستي فلاسك لرزان در طول 14 روز پس از كشت 55/1 برابر بيشتر از كشت ايستا بود. نتيجه‌گيري: نتايج حاصل از كشت راكتور زيستي فلاسك لرزان، تكثير و تمايز بيشتر سلول‌هاي بنيادي به استخواني را براي داربست‌هاي چندلايه پلي‌كاپرولاكتون- نانوهيدروكسي آپاتيت نسبت به ايستا نشان داد.

Objective: In the present study we investigated the effect of a dynamic culture in a shake flask bioreactor (SFB) on the proliferation and differentiation to osteoblasts for human mesenchymal stem cells (hMSCs) cultured on multilayered electrospun PCL-nHA scaffolds. Methods: First, we prepared PCL-nHA scaffolds by electrospinning. After culturing the hMSCs on the scaffolds in a static state, the seeded scaffolds were divided into two groups (static and SFB culture) and incubated up to 21 days. We assessed biocompatibility and cell differentiation by the MTT, calcium, and alkaline phosphatase (ALP) assays on days 7, 14, and 21. Results: The MTT assay evaluated hMSCs proliferation rate on the scaffold layers. There was greater cell proliferation (optical density values) on the layers in the bioreactor (OD=2.18) compared to the static state condition (OD=1.68) on day 21. In order to study osteogenic differentiation, we determined the amount of calcium deposition and ALP activity. We observed a 1.6-fold greater level of calcium deposition for the dynamic culture compared to the static culture, which showed increased cell differentiation within the bioreactor on day 21. The ALP results showed that during 14 days, ALP activity within the bioreactor was 1.55-fold higher than the static culture. Conclusion: The SFB culture displayed a higher proliferation and differentiation of stem cells on PCL-nHA multilayered scaffolds compared to the static state condition.