داربست‌های کامپوزیتی ژلاتین-کلسیم‌فسفات: از فرآیند ساخت تا بررسی رفتار مکانیکی و زیستی

مهندسی متالورژی و مواد

دوره 33، شماره 3 - شماره پیاپی 27، آبان 1401، صفحه 53-66   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.71323.1019

نویسندگان

فائزه درویشیان حقیقی¹؛ سحر معاونی²؛ سحر ملازاده^{* 3}؛ سمانه صاحبیان³؛ زهرا طیرانی نجاران⁴

¹گروه متالورژی و مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²دکترای حرفه‌ای داروسازی دانشگاه علوم پزشکی مشهد

³گروه مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.

⁴گروه فارماکولوژی و سم‌شناسی ، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد

چکیده

هدف پژوهش حاضر، ساخت داربست‌های کامپوزیتی از طریق فرآیند انحلالی و خشکایش سرمایشی می‌باشد. اولین مرحله، فرآوری ذرات کلسیم‌فسفات به روش سل‌ژل و سپس، عملیات حرارتی ذرات در دمای ˚C1100 است. طبق نتایج آنالیز تعیین اندازه ذرات و پیکنومتری، اندازه ذرات و دانسیته آن‌ها به ترتیب برابر با nm5±37 و g/cm306/4 می‌باشد. همچنین طبق نتایج حاصل از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و آنالیز حرارتی افتراقی (DTA-TG)، تبلور فاز فسفات کلسیم با عبور از دمای ˚C800 آغاز گردید. پیوندهای ایجادشده در ساختار نیز توسط طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) شناسایی شد. طبق تصویربرداری توسط میکروسکوپ AFM، زبری سطح ذرات فرآوری‌شده nm32/ 17 است. به‌منظور درک رفتار مکانیکی و ریزساختاری داربست‌ها آزمون خمش سه‌نقطه و تصویربرداری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(FESEM) انجام شد. نتایج بررسی‌ها نشان داد که استحکام خمشی نهایی داربست برابر با MPa3/1±15 بوده و دارای ریزساختاری کاملاً متخلخل می‌باشد. مطالعه رفتار زیستی داربست توسط آنالیز Resazurin Red Assay نیز عدم سمیت، رشد و تکثیر مطلوب سلول‌های بنیادی مغز دندان عقل را در مجاورت با داربست اثبات نمود. همچنین قراردادن داربست‌ها در محلول شبیه‌سازی-شده بدن با رهایش مطلوب یون‌های Ca2+ ، Si4+وPO43- همراه بود. بنابراین، می‌توان ادعا نمود داربست‌های ژلاتین- فسفات‌کلسیم می‌توانند برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده استخوانی مفید واقع شوند.

کلیدواژه‌ها

داربست کامپوزیتی؛ ژلاتین؛ کلسیم‌فسفات؛ کشت سلول بنیادی؛ خواص مکانیکی و زیستی

مراجع

1. Kanhed, S., Awasthi, S., Goel, S., Pandey, A., Sharma, R., Upadhyaya, R., Balani, K., "Porosity distribution affecting mechanical and biological behaviour of hydroxyapatite bioceramic composites", Ceraimcs International. 43, pp. 10442–10449, (2017).
2. Kuttappan, S., Mathew, D., Nair, M. B., "Biomimetic composite scaffolds containing bioceramics and collagen/gelatin for bone tissue engineering - A mini review", International Journal of Biological Macromole. 93, pp. 1390–1401, (2016).
3. Rizwan, M. Hamdi, W.J. Basirun, K. Kondoh, J. Umeda, Low pressure spark plasma sintered hydroxyapatite and Bioglass® composite scaffolds for bone tissue repair, Ceramics International, Vol. 44, pp. 23052–23062, (2018).
4. Kaur, G., Kumar, V., Baino, F., Mauro, J. C., Pickrell, G., Evans, I., Bretcanu, O., "(Mechanical properties of bioactive glasses, ceramics, glass-ceramics and composites: State-of-the-art review and future challenges", Material Science and engineering C, pp. 109895, (2019).
5. Fayyazbakhsh, F., Solati-Hashjin, M., Keshtkar, A., Shokrgozar, M. A., Dehghan, M. M., Larijani, B., "Novel layered double hydroxides-hydroxyapatite/gelatin bone tissue engineering scaffolds: Fabrication, characterization, and in vivo study", Material Science and engineering C. Vol. 76, pp. 701–714, (2017).
6. Palmero, P., "Ceramic-Polymer Nanocomposites for Bone-Tissue Regeneration", Journal of Nanocomposites for Musculoskeletal Tissue Regeneration, Elsevier Ltd, pp. 331-367 (2016).
7. Fayyazbakhsh, F., Solati-Hashjin, M., Shokrgozar, M. A., Bonakdar, S., Ganji, Y., Mirjordavi, N., Ghavimi, S. A., Khashayar, P., "Biological Evaluation of a Novel Tissue Engineering Scaffold of Layered Double Hydroxides (LDHs)", Key Engineering Materials, pp. 493–494, 902, (2011).
8. Huh, J. T., Lee, J. U., Kim, W. J., Yeo, M., Kim, G. H., "Preparation and characterization of gelatin/α-TCP/SF biocomposite scaffold for bone tissue regeneration", International Journal of Biological Macromolcules. 110, pp. 488–496, (2018).
9. Feng, S., He, F., Ye, J., "Hierarchically porous structure, mechanical strength and cell biological behaviors of calcium phosphate composite scaffolds prepared by combination of extrusion and porogen burnout technique and enhanced by gelatin", Material Science and Engineering C,. 82, pp. 217–224, (2018).
10. Bakhtiari, L., Reza, H., Mohamad, S., Ali, M., "Investigation of biphasic calcium phosphate / gelatin nanocomposite scaffolds as a bone tissue engineering", Ceramics International, 36, pp. 2421–2426, (2010).
11. Narbat, M. K., Orang, F., Hashtjin, M. S., Goudarzi, A., "Fabrication of Porous Hydroxyapatite-Gelatin Composite Scaffolds for Bone Tissue Engineering", Iranian Biomedical Journal, 10, No.4, Pp. 215–223, (2006).
12. Luo, Yi and Wang, Zhendong and Jin, Shaoqing and Zhang, Bin and Sun, Hongmin and Yuan, Xiaohong and Yang, Weimin, "Synthesis and crystal growth mechanism of ZSM-22 zeolite nanosheets", Journal of CrystEngComm, 18, Issue. 30, pp. 5611-5615 (2016).
13. Ghorbani, F., Nojehdehian, H., Zamanian, A., "Physicochemical and mechanical properties of freeze cast hydroxyapatite-gelatin scaffolds with dexamethasone loaded PLGA microspheres for hard tissue engineering applications", Material Science and Engineering C. 69, pp. 208–220, (2016).
14. Azadeh Motealleh, Siamak Eqtesadi, Fidel Hugo Perera, Antonia Pajares, Fernando Guiberteau, Pedro Miranda,

Understanding the role of dip-coating process parameters in the mechanical performance of polymer-coated bioglass robocast scaffolds, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 64, pp. 253-261, (2016).

15. , Catauro, A. Dell’Era, S., Vecchio Ciprioti, "Synthesis, structural, spectroscopic and thermoanalytical study of sol-gel derived SiO₂-CaO-P₂O₅ gel and ceramic materials", Thermochimica Acta. Vol. 625, Pp. 20–27, (2016).
16. Taherkhani, S., Moztarzadeh, F., Mozafari, M., Lot, N., "Sol – gel synthesis and characterization of unexpected rod-like crystal fi bers based on", Vol. 358, 342–348, (2012).
17. Abdelghany, A.M., ElBatal, H.A., Okasha, A. et al. Compatibility and Bone Bonding Efficiency of Gamma Irradiated Hench’s Bioglass. Journal of Silicon, 10, pp. 1533–1541, (2018).
18. Nabian, N., Jahanshahi, M., Mahmood, S., "Synthesis of nano-bioactive glass – ceramic powders and its in vitro bioactivity study in bovine serum albumin protein", Journal of Molecular Structure, 998, pp. 37–41, (2011).
19. Faure, J., Drevet, R., Lemelle, A., Ben Jaber, N., Tara, A., El Btaouri, H., Benhayoune, H., "A new sol – gel synthesis of 45S5 bioactive glass using an organic acid as catalyst Preparation of Powder Gel", Material science and engineering C, 47, pp. 407–412, (2015).
20. Rubio, F., Rubio, J., Oteo, J. L., A FT-IR Study of the Hydrolysis of Tetraethylorthosilicate (TEOS), Journal of Spectroscopy Letters, Vol. 31, pp. 199-219, (1998).
21. Darvishian Haghighi, F., Mollazadeh Beidokhti, S., Tayarani Najaran, Z., Sahebian Saghi, S., "Highly improved biological and mechanical features of bioglass-ceramic/ gelatin composite scaffolds using a novel silica coverage", Ceramics International, 47, Issue 10, Part A, pp.14048-14061, (2021).
22. Darvishian Haghighi, F., Mollazadeh Beidokhti, S., Sahebian Saghi, S., Tayarani Najaran, Z., "Effect of manufacturing route on microstructure and mechanical properties of calcium phosphate/gelatin-starch composite scaffold", Journal of Metallurgical engineering, Vol. 22, Issue. 2, 84-95, (2019), (In Persion).