مشخصه‌یابی داربست الکتروریسی‌شده پلی‌هیدروکسی بوتیرات-پلی‌(اتیلن گلیکول) دارای شیشه زیست‌فعال برای مهندسی بافت استخوان

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

بناب، دانشگاه بناب، گروه مهندسی نساجی، کد پستی 5551395133

چکیده

فرضیه: آسیب‌های استخوانی یکی از چالش‌های علم پزشکی به شمار می‌آید که هر ساله هزینه زیادی در دنیا برای درمان به آن اختصاص می‌یابد. استفاده از انواع ساختارهای نانولیفی الکتروریسی‌شده متشکل از پلیمرهای زیستی به‌همراه سرامیک‌های زیستی در کاربرد مهندسی بافت استخوان از اهمیت زیادی برخوردار است. پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات به‌عنوان پلیمر زیست‌سازگار با استحکام مکانیکی زیاد شناخته می‌شود. البته خواصی نظیر آب‌دوستی کم آن به ترکیب آن با سایر پلیمرهای آب‌دوست مانند پلی‌(اتیلن گلیکول) منجر شده است. در کاربردهای مهندسی بافت استخوان، برای افزایش خاصیت زیست‌فعالی که در مراحل رشد و ترمیم استخوان اهمیت زیادی دارد، به‌طور معمول از انواع سرامیک‌های زیستی مانند شیشه زیست‌فعال استفاده می‌شود.
روش‌ها: هدف از این مطالعه طراحی و ارزیابی داربست نانوکامپوزیتی متشکل از دو پلیمر پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات و پلی‌(اتیلن گلیکول) دارای شیشه زیست‌فعال تهیه‌شده با روش الکتروریسی برای مهندسی بافت استخوان است. بدین منظور درصدهای مختلف شیشه زیست‌فعال از 5 تا 12.5درصد وزنی به محلول الکتروریسی پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات و پلی‌(اتیلن گلیکول) اضافه شد. نمونه‌های تولیدشده مشخصه‌یابی شده و از نظر آزمون عملکردی زیست‌فعالی بررسی و مقایسه شدند.
یافته‌ها: تصاویر میکروسکوپ الکترونی بیانگر الکتروریسی موفق، بدون گسستگی یا هر گونه آسیب در سطح الیاف بوده است. وجود نانوذرات شیشه زیست‌فعال با آزمون پراکنش انرژی پرتو X قابل اثبات است. با افزودن جزء شیشه زیست‌فعال به محلول پلیمری، قطر متوسط نانوالیاف تولیدشده روند افزایشی داشته و مقدار آب‌دوستی کاهش یافته است. با توجه به نتایج، از قطر نانوالیاف و آب‌دوستی، %5وزنی از شیشه زیست‌فعال به‌عنوان درصد بهینه انتخاب شد. در آزمون عملکردی نیز افزایش خاصیت زیست‌فعالی با تشکیل فاز هیدروکسی‌آپاتیت روی سطح نمونه‌های نانوکامپوزیتی قابل اثبات است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Characterization of Electrospun Scaffold Made of Polyhydroxybutyrate-Poly(ethylene glycol) Incorporated by Bioactive Glass for Bone Tissue Engineering

نویسندگان [English]

  • Elham Naghashzargar
  • Amaneh Ebadi
Department of Textile Engineering, University of Bonab, Postal Code: 5551395133, Bonab, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Bone injuries are considered to be one of the challenges of medical science, which involves heavy finances for treatment in the world every year. The use of various types of electrospun nanofibrous structures consisting of biopolymers along with bioceramics is very important in the application of bone tissue engineering. Polyhydroxybutyrate is known as a biocompatible polymer with high mechanical strength. Needless to say, properties such as its low hydrophilicity have led to its combination with other hydrophilic polymers such as polyethylene glycol. In the applications of bone tissue engineering, bioceramics, such as bioactive glass, are usually used to increase the bioactive property, which is very important in the stages of bone growth and repair.
Methods: The purpose of this study is to design and evaluate a nanocomposite scaffold consisting of two polymers, polyhydroxybutyrate and polyethylene glycol containing bioactive glass prepared by electrospinning for bone tissue engineering. For this purpose, different percentages of bioactive glass from 5 to 12.5% (by wt) were added to the electrospinning solution of polyhydroxy butyrate and polyethylene glycol. The produced samples were characterized and compared in terms of functional bioactivity test.
Findings: Scanning electron microscope images show successful electrospinning without interruption or any damage to the nanofiber surface. The presence of bioactive glass nanoparticles can be proven by energy dispersive X-ray test. By adding the bioactive glass component to the polymer solution, the average diameter of the produced nanofibers is increased and the value of hydrophilicity is decreased. Based on the obtained results of nanofiber diameter and hydrophilicity, 5% (by wt) of bioactive glass was decided as the optimal percentage. In the bioactivity test, the increase in bioactivity with the formation of hydroxyapatite phase on the surface of nanocomposite samples can be proven.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polyhydroxy butyrate
  • Polyethylene glycol
  • Bioactive glass
  • Electrospinning
  • Bone tissue

مراجع

  1. Manzini B.M., Machado L.M.R., Noritomi P.Y., and DA Silva J.V.L., Advances in Bone Tissue Engineering: A Fundamental Review, J. Biosci., 46, 1-18, 2021.
  2. Le B.Q., Nurcombe V., Cool S.M., Van Blitterswijk C.A., De Boer J., and LaPointe V.L.S., The Components of Bone and What They Can Teach Us about Regeneration, Materials, 11, 14, 2018.
  3. Baino F., Hamzehlou S., and Kargozar S., Bioactive Glasses: Where Are We and Where Are We Going?, J. Funct. Biomater., 9, 25, 2018.
  4. Vichery C. and Nedelec J.M., Bioactive Glass Nanoparticles: From Synthesis to Materials Design for Biomedical Applications, Materials, 9, 288, 2016.
  5. Montazeri M., Karbasi S., Foroughi M.R., Monshi A., and Ebrahimi-Kahrizsangi R., Evaluation of Mechanical Property and Bioactivity of Nano-Bioglass 45S5 Scaffold Coated with Poly-3-hydroxybutyrate, J. Mater. Sci. Mater Med., 26, 62, 2015.
  6. Jones J.R., Brauer D.S., Hupa L., and Greenspan D.C., Bioglass and Bioactive Glasses and Their Impact on Healthcare, Int. J. Appl. Glass Sci., 7, 423-434, 2016.
  7. Zhao Y., Zhu J., Zhang J., Chen Z., Li W., Deng L., Chen K., Wan H., Li J., and Li R., Optimization of Biodegradable PEG/PLGA Nanofiber Mats Electrospinning Process for Anti-Adhesion Application, J. Appl. Polym. Sci., 135, 46282, 2018.
  8. Zhou Y., Li Y., Li D., Yin Y., and Zhou F., Electrospun PHB/Chitosan Composite Fibrous Membrane and Its Degradation Behaviours in Different pH Conditions, J. Funct. Biomater., 13, 58, 2022.
  9. Heidarkhan-Tehrani A., Zadhoush A., Karbasi S., and Sadeghi-Aliabadi H., Scaffold Percolative Efficiency: In Vitro Evaluation of the Structural Criterion for Electrospun Mats, J. Mater. Sci. Mater. Med., 21, 2989-2998, 2010.
  10. Sadeghi D., Karbasi S., Razavi S., and Bonakdar S., Electrospun Polyhydroxybutyrate/Chitosan Blend Fibrous Scaffolds for Cartilage Tissue Engineering, J. Appl. Polym. Sci., 133, 2016.
  11. Falqi F.H., Bin-Dahman O.A., Hussain M., and Al-Harthi M.A., Preparation of Miscible PVA/PEG Blends and Effect of Graphene Concentration on Thermal, Crystallization, Morphological, and Mechanical properties of PVA/PEG
    (10 wt%) Blend, Int. J. Polym. Sci., 2018, 2018.
  12. Spasova M., Stoilova O., Manolova N., Rashkov I., and Altankov G., Preparation of PLLA/PEG Nanofibers by Electrospinning and Potential Applications, J. Bioact. Compat., 22, 62-76, 2007.
  13. Danagody B., Bose N., Rajappan K., Iqbal A., Ramanujam G.M., and Anilkumar A.K., Electrospun PAN/PEG Nanofibrous Membrane Embedded with a MgO/gC3N4 Nanocomposite for Effective Bone Regeneration, ACS. Biomater. Sci. Eng., 10, 468-481, 2024.
  14. Daraei-Nejad Z. and Shabani I., Condictive Nanofibrous Scaffolds for Tissue Engineering Applications: A Review, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 32, 189-210, 2019.
  15. Arvaneh A.R. and Sadat-Shojai M., Biodegradable Aliphatic Polyesters for Application in Tissue Engineering, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 34, 319-348, 2021.
  16. Hasani F., Ghaffari R., Salami Kenari H., and Taleghani H., Dextran/Bioactive Glass Nanocomposite Hydrogels: Effect of Dextran Molecular Weight and Content on Swelling Behavior and Structural Characteristics, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 34, 249-265, 2021.
  17. Iron R., Mehdikhani M., Naghashzargar E., Karbasi S., and Semnani D., Effects of Nano-Bioactive Glass on Structural, Mechanical and Bioactivity Properties of Poly(3-hydroxybutyrate) Electrospun Scaffold for Bone Tissue Engineering Applications, Mater. Technol., 34, 540-548, 2019.
  18. Foroughi M.R., Karbasi S., Khoroushi M., and Khademi A.A., Polyhydroxybutyrate/Chitosan/Bioglass Nanocomposite as a Novel Electrospun Scaffold: Fabrication and Characterization, J. Porous. Mater., 24, 1447-1460, 2017.
  19. Karahaliloğlu Z., Demirbilek M., Şam M., Sağlam N., Mızrak A.K., and Denkbaş E.B., Surface-Modified Bacterial Nanofibrillar PHB Scaffolds for Bladder Tissue Repair, Artif. Cells. Nanomed. Biotechnol., 44, 74-82, 2016.
  20. Naghashzargar E., Aghajani M., and Ranjbar-Mohammadi M., The Potential of an Electrospun Poly(3-hydroxybutyrate)/Poly(ethylene glycol) Blend Fibrous Scaffold for Cartilage Tissue Engineering, Int. J. Polym. Mater. Polym. Biomater., 1-9, 2024.
  21. Pan W., Sun Y., and Chen Y., Preparation of Polyacrylonitrile and Polyethyleneglycol Blend Fibers through Electrospinning, Optoelectron. Adv. Mat., 6, 230-234, 2012.
  22. Trakunjae C., Boondaeng A., Apiwatanapiwat W., Kosugi A., Araj T., Sudesh K., and Vaithanomsat P., Enhanced Polyhydroxybutyrate (PHB) Production by Newly Isolated Rare Actinomycetes Rhodococcus sp. Strain BSRT1-1 Using Response Surface Methodology, Sci. Rep., 11, 1896, 2021.
  23. Ol’khov A.A., Gol’dshtrakh M.A., Ishchenko A.A., and Iordanskii A.L., Formation of Complexes in Polyhydroxybutyrate–Polyethylene Glycol Mixtures, Russ. J. Phys. Chem. B, 9, 961-970, 2015.
  24. Luginina M., Schuhladen K., Orrú R., Cao G., Boccaccini A.R., and Liverani L., Electrospun PCL/PGS Composite Fibers Incorporating Bioactive Glass Particles for Soft Tissue Engineering Applications, Nanomaterials, 10, 978, 2020.
  25. Piatti E., Miola M., Liverani L., Verné E., and Boccaccini A.R., Poly(ε-caprolactone)/Bioactive Glass Composite Electrospun Fibers for Tissue Engineering Applications, J. Biomed. Mater. Res. A, 111, 1692, 2023.
  26. Nikbakht M., Karbasi S., and Rezayat-Seyed M., and Biological Evaluation of the Effects of Hyaluronic acid on Poly(3-hydroxybutyrate) Based Electrospun Nanocomposite Scaffolds for Cartilage Tissue Engineering Application, Mater. Technol., 35, 141-151, 2020.

 

 

 

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 37، شماره 2 - شماره پیاپی 190
خرداد و تیر 1403
صفحه 127-139

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار