در اين مطالعه داربست كامپوزيتي هيدروژل آلجينات-هيالورونيك اسيد/ نانوالياف پلي لاكتيك اسيد(PLA) براي ترميم بافت غضروف ساخته و مشخصه يابي گرديد. بافت غضروف از توانايي محدودي براي ترميم برخوردار است و آسيب آن علت اصلي درد و ناتواني در مفصل مي‌باشد و افراد بسياري را در سراسر جهان تحت تأثير قرار داده است. مهندسي بافت روش اميدبخشي را براي ترميم بافت غضروف ارائه مي‌دهد. الياف الكتروريسي شده و هيدروژل ها به دليل خواص و ساختار ويژه‌اي كه دارند به‌طور گسترده‌اي به‌عنوان داربست در مهندسي بافت مورداستفاده قرارگرفته‌اند. بااين‌حال، اين داربست‌ها محدوديت‌هايي ازجمله خواص مكانيكي ضعيف هيدروژل ها و نفوذ سلولي محدود و ايجاد محيط دوبعدي توسط الياف الكتروريسي شده و عدم تقليد ساختار طبيعي بافت را دارا مي‌باشند. روش‌هاي اخير براي تقليد ماتريس خارج سلولي طبيعي از كامپوزيت‌هاي الياف الكتروريسي شده- هيدروژل براي غلبه بر اين محدوديت‌ها استفاده كرده‌اند. به اين منظور، نانوالياف PLA به روش الكتروريسي تهيه و توسط فرايند آمينوليز خرد شدند. هيالورونيك اسيد توسط فرايند استري شدن به آلجينات پيوند زده شد. سپس داربست‌هاي كامپوزيتي با دو نسبت وزني هيدروژل به الياف 1:1 و 2:1 تهيه شدند.

هيدروژل هاي خود ژل شونده در محل، ساختارهاي مورد توجه در سازه هاي مهندسي بافت به ويژه بافت غضروف هستند. اين هيدروژل ها بر پايه تركيبات پليمري و روش هاي كراس لينك متفاوت تهيه شده و هدف اصلي استفاده از آن ها كپسوله كردن سلول هاي بنيادي يا غضروفي، ايجاد محيطي سه بعدي با خواص ويسكوالاستيك مشابه بافت غضروف و ترميم ناحيه آسيب ديده با كمترين ميزان تهاجم به بيمار است."هيدروژل سه جزئي خود ژل شونده تزريق پذير" با هدف ايجاد ريز محيط مشابه بافت غضروف براي تمايز سلول هاي بنيادي مزانشيمي طراحي شده است. اين هيدروژل از تركيب ژلاتين با دو پلي ساكاريد مهم يعني آلژينات و هيالورونيك اسيد تهيه شده است. اصلاح شيميايي اين دو تركيب ساكاريدي امكان اتصال آن ها با ژلاتين را فراهم نموده و مبناي ايجاد سيستم خود ژل شونده تزريق پذير است. اين هيدروژل سه جزئي بر اساس تركيب درصد اجزاي خود داراي خصوصيات فيزيكوشيميايي متغير و مستقل از فرمولاسيون خود داراي زيست سازگاري مناسب براي سلول هاي بنيادي مزانشيمي است.

زمينه فني اختراع: مهندسي پزشكي (بيومتريال)، مهندسي بافت، پزشكي احيا، مواد زيستي بيومتريال¬هاي گرادياني، بيومتريال¬هايي با ويژگي¬هاي تركيبي، ساختاري، مكانيكي و بيومولكولي ناهمسانگرد هستند. بيومتريال¬هاي گرادياني قابليت تقليد تغييرات تدريجي موجود در فواصل مشترك بافت¬هاي بدن را دارا هستند. " هيدروژل گرادياني آلژينات/ژلاتين/گرافن " با هدف تقليد ساختار ماتريس خارج سلولي فصل مشترك بافت نرم و سخت ساخته شده است. اين هيدروژل از تركيب ژلاتين، آلژينات اصلاح شده و نانو ذره گرافن تهيه شده است. براي ساخت اين هيدروژل، ابزار اختلاط گرادياني طراحي شده است. اين ابزار، اختلاط كنترل شده¬ي اجزاي تشكيل دهنده¬ي هيدروژل را فراهم كرده و تغييرات تدريجي در تركيب محلول پيش ساز هيدروژل را ايجاد كرده است. هيدروژل گرادياني آلژينات/ژلاتين/گرافن در راستاي ضخامت خود، تغييرات تدريجي در تركيب شيميايي، ساختار متخلخل، خواص مكانيكي، توپوگرافي و خواص الكتريكي ارائه مي¬دهد.

پيشرفت¬هاي اخير در بيولوژي تكوين، وجود گراديان در بافت¬هاي بدن را اثبات كرده است. ماتريس خارج سلولي (ECM) علاوه بر حمايت مكانيكي سلول¬ها، سيگنال¬هاي بيوفيزيكي و بيوشيميايي با توزيع زماني– مكاني مناسب به آن¬ها عرضه كرده و رفتارهاي مختلف سلولي را ممكن مي¬سازد. ECM يك شبكه سه بعدي متشكل از الياف پخش شده در زمينه¬ي هيدروژلي است. الياف ECM محرك¬هاي ساختاري، مكانيكي و الكتريكي براي رفتارهاي مختلف سلولي محسوب مي¬شوند و تغيرات تدريجي در خصويات آن¬ها سبب انتقال سيگنال¬ به سلول¬ها مي¬شود. به علاوه اين تغييرات نواحي مختلف بافتي در فصل مشترك بافت¬ها را به صورت مكانيكي به يكديگر متصل مي¬كند." نانو الياف هادي پلي آنيلين/پلي كاپرولاكتون با خواص گرادياني براي شبيه سازي تغييرات تدريجي ساختار ليفي ECM در فصل مشترك نواحي بافتي طراحي شده است. براي ساخت اين الياف ايده الكتروريسي گرادياني مطرح شده است. در الكتروريسي گرادياني، سامانه اختلاط به گونه¬اي طراحي شده است كه يك محلول گرادياني به عنوان جت الكتروريسي تشكيل شده و سبب ايجاد اليافي با خواصدرجه بندي شده مي¬شود. در نهايت الياف با خواص متغير در راستاي ضخامت تحت اصلاح با امواج فراصوت از حالت ورقه¬اي به ساختار سه بعدي تغيير شكل يافته¬اند.

نانوالياف هادي پلي آنيلين با ايجاد محرك¬هاي توپوگرافي و الكتريكي از داربست¬هاي مورد توجه براي بازسازي بافتي محسوب مي¬شوند. معمولاً براي فرآيند پذيري بهتر، پلي آنيلين با پلي استرهايي مانند پلي كاپرولاكتون الكتروريسي مي¬شود. الياف حاصل از پلي آنيلين/پلي كاپرولاكتون آب گريز هستند. "داربست نانوليف/ميكروذره هادي با قابليت رهايش آنتي بيوتيك" قابليت هدايت الكتريكي انتخابي، آب دوستي مناسب و خواص ضد باكتريايي را دارا است. اين داربست با ادغام الكتروريسي محلول هادي پلي آنيلين/پلي كاپرولاكتون و الكترواسپري محلول غيرهادي آلژينات اكسيد شده/ژلاتين/سيپروفلوكساسين تهيه شده است. داربست نانوليف/ميكروذره رهايش تدريجي داروي آنتي باكتريال و فعاليت ضد باكتريايي گسترده¬اي را عليه باكتري¬هاي گرم مثبت و منفي نشان داده است.

داربست¬هاي پوستي حاوي آنتي بيوتيك گزينه مناسبي براي بازسازي آسيب¬هاي پوستي محسوب مي¬شوند زيرا به صورت هم زمان هم به درمان بيماري¬هاي عفوني پوست پرداخته و هم از عفونت باكتريايي به دنبال جايگذاري داربست در بدن ممانعت مي¬كنند. سرعت و پروفيل رهايش آنتي بيوتيك از داربست با كنترل مشخصات داربست و يا اعمال محرك¬هاي خارجي كنترل مي¬شود. \\\\\\"نانوالياف هوشمند آلژينات/سيپروفلوكساسين با رهايش حساس به محرك صوتي\\\\\\" قابليت رهايش بر حسب نياز داروي آنتي باكتريال را با اعمال موج فراصوت با شرايط كنترل شده دارا است. اعمال موج فراصوت سبب باز شدن موقت اتصالات عرضي در شبكه آلژينات شده و رهايش سيپروفلوكساسين را كنترل كرده است. پس از قطع تحريك اولتراسوند، اتصالات عرضي مجدداً بازيابي شده و هيدروژل يكپارچگي خود را مجدداً بازيابي كرده است. نانوالياف هوشمند آلژينات/سيپروفلوكساسين با رهايش حساس به محرك صوتي فعاليت آنتي باكتريال گسترده¬اي را عليه باكتري¬هاي گرم مثبت و گرم منفي شايع در موضع زخم¬هاي پوستي نشان داده¬اند.

‏از روش تشكيل شبكه هاي در هم نفوذي(interpenetrating polymer network)به منظور اصلاح توده پليمر سيليكون استفاده شد و شبكه در هم نفوذي PDMS-PNIPAAm ‏، توليد گرديد.رفتار گذردهي شبكه هاي ساختعه شده نسبت به كلريد سديم بررسي گرديد. فيلم هاي سيليكوني مورد استفاده در تهيه‏اين شبكه ها به دو روش قالبگيري محلولي با استفاده از افزودن روغن و قالبگيري محلولي بدون افزودن روغن‏توليد شدند.طيف ftir حضورlnipaam در فيلم ها را تاييد كرد.طبق تصاوير sem،pnipaam به صورت مناطقي تقريبا مجزا در شبكه سيليكوني ظاهر شد.نتايج به دست امده از اندازه گيري مقدار كلريد سديم عبوري نشان داد كه نسبت به فيلم سيليكوني خالص در نمونه هاي اصلاح شده گذردهي كلريد سديم وجود داشته است.به طوري كه درشبكه هاي در هم نفوذي تهيه شده از فيلم توليد شده به روش افزودن روغن ،در 15 ‏درصد وزني PNIPAAm ‏, بيشتر گذردهي مشاهده شد و مقدار ان برابر با---محاسبه گرديد

كيتوسان و آلژينات دو پليمر طبيعي و تخريب پذير بوده كه در مهندسي پزشكي كاربرد فراوان دارند. بر همكنش ميان كيتوسان كاتيوني و آلژينات آنيوني منجر به تشكيل تركيب پلي الكتروليت مي شود و اين تركيبات پلي الكتروليتي پتانسيل كاربردهايي مانند سيستم هاي رهايش دارو و مهندسي بافت را دارند. در اين اختراع با ساخت صفحات كامپوزيتي پلي الكتروليت توسط كيتوسان و آلژينات با نسبت بهينه و تثبيت لايه ژلاتين روي اين صفحات با استفاده از روش شيميايي، داربستي مناسب تهيه گرديده است. سپس نمونه هاي تهيه شده با آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي، آناليز ساختاري FTIR و آناليز حرارتي DSC مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج اين آزمايش ها امكان تثبيت ژلاتين به روش شيميايي روي سطح پلي سكاريدها بدون نياز به افزودن گروه هاي فعال اوليه به سطح ثابت كردند. تغيير نسبت كيتوسان / آلژينات در فيلم ها و همچنين درصد وزني محلول ژلاتيني و مدت زمان واكنش شيميايي به تشكيل لايه يكنواخت تثبيت شده ي ژلاتين روي سطح فيلم ها انجاميد. تثبيت لايه ژلاتين ميل تركيبي بين غشاي سلول و سطح ماده را بهبود بخشيده و همچنين جريان يونها از طريق لايه پلي الكتروليتي زيرين را تأمين مي كند. بنابراين اين صفحات پلي الكتروليتي كامپوزيتي دو لايه به عنوان داربست مهندسي بافت و زخم پوش كاربرد دارند.

با توجه به تفاوت¬هاي بسيار بافت عصب با ساير بافت¬هاي بدن و منحصر به فرد بودن ويژگي¬هاي اين بافت از جمله ترميم بسيار ضعيف و يا عدم ترميم، چالش¬هاي بسيار زيادي در روند ترميم و بازسازي اين بافت وجود دارد. در اين راستا تلاش¬هاي بسيار زيادي در ترميم بافت عصب با استفاده از اصول مهندسي بافت صورت گرفته است. در اين اختراع با ساخت داربست رساناي كامپوزيتي هيدروژل/ نانوالياف شرايط مطلوبي براي رشد و چسبندگي سلول¬هاي عصبي PC12 فراهم گرديد تا اين سلول¬ها بر روي داربست گسترش و رشد يافته و سبب ترميم بافت عصب آسيب ديده گردد. نانوالياف مورد استفاده در اين اختراع از جنس PLA انتخاب شدند. با پيوند زدن كلاژن بر روي سطح نانوالياف PLA مكان¬هاي مناسبي براي رشد و چسبندگي سلول¬ها ايجاد گرديد. جهت ايجاد خواص الكتريكي در داربست، پايرول به هيدروژل¬ كيتوسان پيوند زده شد و آزمون خواص الكتريكي جهت بررسي رسانايي مورد ارزيابي قرار گرفت. همچمين نتايج حاصل از كشت سلولي با استفاده از سلول¬هاي PC12 نشان دادكه داربست نهايي داراي زنده ماني سلولي 76/96 درصد است. نتايج اين اختراع بيانگر عدم سميت سلولي داربست و چسبندگي مناسب سلول¬هاي عصبي روي داربست است