Fabrication of a Porous Composite Scaffold for Bone Tissue

Iranian Journal of Biomedical Engineering 1 (2004) 57-64

*Corresponding author Address: Department of Biomedical Engineering, AmirKabir University of Technology, Hafez St., Tehran, I.R.Iran Tel: +98 21 64542364 Fax: +98 21 6495655 E-mail: [email protected]

۱۰۷

Fabrication of a Porous Composite Scaffold for Bone Tissue Engineering

Based on Gelatin and Hydroxyapatite, Part I: Cell Culture Results

K. Asgarzadeh Tabrizi, F. Orang*

Department of Biomedical Engineering, AmirKabir University of Technology

Received 8 May 2004; received in revised form 14 August 2004; accepted 25 October 2004

_______________________________________________________________________________________ Abstract Gelatin is a protein which is derived from the organic constituent of bone (collagen). Combination of

this protein with the inorganic constituent of bone (hydroxyapatite) may provide closer properties to

the natural bone. In this study, a biodegradable composite scaffold based on gelatin and

hydroxyapatite was prepared as a substitute for bone tissue. To increase the biocompatibility of this

composite, its fabrication was carried out without using any organic solvent. Porosities obtained were

spontaneously achieved without any porogen. The pore morphology indicated a high interconnectivity

with diameters ranging from 50 to 200 micrometers, which seems appropriate for bone tissue

engineering applications. In order to study the biocompatibility of the scaffolds, mouse fibroblastic

cells were used. After 24-hour cell culture period in vitro, suitable cell attachment was observed

showing high biocompatibility for all the samples. Further examinations demonstrated that the best

biocompatibility is obtained for the composite of 50 wt% hydroxyapatite and 50 wt% gelatin.

Keywords: Bone tissue engineering; Gelatin; Hydroxyapatite; Cell attachment; Porosity

DOI: 10.22041/ijbme.2004.13516

© Copyright 2005 ISBME, http://www.ijbme.org

www.ijbme.org

۶۴‐۵۷، ۱۳۸۳ پاييز، دوره اول، شماره اول، زيستیمجله مهندسی پزشکی

دار مكاتبات عهده*

ه مهندسي پزشكي اميركبير، دانشكدتهران، خيابان حافظ، دانشگاه صنعتي: نشانی

[email protected]: پيام نگار،۰۲۱-۶۴۹۵۶۵۵ :، دورنگار۰۲۱-۶۴۵۴۲۳۶۴: تلفن

۵٧

ژلاتين وبر پايه براي مهندسي بافت استخوان متخلخل ساخت داربست كامپوزيتي

سلوليکشتنتايج :قسمت اول ،هيدروكسي آپاتيت

*فريبا اورنگ، رزاده تبريزيكريم عسگ

دانشگاه صنعتي اميركبير، دانشكده مهندسي پزشكي

٤/٨/١٣٨٣ :، تاريخ پذيرش نهايی٢٤/٥/١٣٨٣ :ه، تاريخ دريافت نسخه اصلاح شد١٩/٢/١٣٨٣ :تاريخ ثبت اوليه

_______________________________________________________________________________________

چكيده

) هيدروكسـي آپاتيـت ( اسـتخوان معـدني كه تلفيق آن با جزء است ) كلاژن( پروتئين مشتق شده از جزء آلي استخوان ،ژلاتين

لـذا در ايـن تحقيـق داربسـت كـامپوزيتي ژلاتـين و ، آوردفـراهم استخوان طبيعـي خواص اصي بسيار نزديك به خو دتوان مي

ينـد آهـا از طريـق فر داربست اينساخت. ه استه عنوان جايگزين تخريب پذير استخواني پيشنهاد گرديد ـهيدروكسي آپاتيت ب

تخلخـل . صـورت پـذيرفت )اريگ زيست ساز ةظور افزايش درج منه ـونه حلال آلي ب گبدون استفاده از هيچ ( گري حلال ريخته

٢٠٠ تـا ٥٠بعـادي در محـدودة ي بـه هـم مـرتبط بـا ا ها حفرهر گك عوامل تخلخل ساز بدست آمد و نشان ـدون كم ـحاصله ب

يشـات وش استفاده شد كـه آزما ـها، از سلولهاي فيبروبلاستي م اري داربست گبه منظور بررسي ميزان زيست ساز . بود مترميكرو

هاي تكميلـي بررسي. بودعالي ي ارگ و زيست ساز مناسب اتّصال سلولي دهنده ساعت نشان ٢٤دت ـي م ـولي در ط ـكشت سل

. ژلاتين است%۵۰ هيدروكسي آپاتيت و% ۵۰يد آن است كه بهترين نتايج اتصال سلولي مربوط به كامپوزيت حاصل از ؤم

تخلخل ؛ اتّصال سلولي؛آپاتيت هيدروكسي ؛تين ژلا؛ مهندسي بافت استخوان:هاي كليدي واژه

DOI: 10.22041/ijbme.2004.13516


www.ijbme.org

و همکارانتبريزيعسگرزاده

1Cellular system 2Acellular system 3Osteoinductivity 4Extra Cellular Matrix 5Demineralized Bone Matrix

۵۸

مقدمه ‐١

افتن ـ يرايـي بادـهاي زي تلاش،رـاخية ـد دهـنـدر طول چ

استخوان از سوي پژوهشگران صورت هاي مناسب نيجايگز

اده از ـه استفـيه بيشتر معطوف بـلهاي او تلاش. پذيرفته است

ها وع از كاشتنيـن اين يگ خورداام ودـهاي فلزي ب جايگزين

ر افت خواص مكانيكي و شل شدن ـدن بيماران علاوه بـدر ب

هاي شديداً سمي ه آزاد شدن يونـ، منجر باـهـآنتدريجي

ن ـ ايةدـنـك كنـحريـ واكنشهاي التهابي و تزي و متعاقباًـلـف

ر ـگـمشكل دي ].۱ [دگرد محصولات با نسوج اطراف مي

ضريب . ]٢[ تـس اهاـآنر بالاي بسياضريب كشساني ،فلزات

ب بالاتر ـه به مرات كاست GPa١٠٠ فلزات بالاتر از كشساني

ةنتيج). ٦‐GPa٢٠ (تـاسم ـراكـاستخوان متاز ميزان سفتي

روي استخوان در ت تنشيـاين سفتي بالا، بروز پديدة حفاظ

د استخواني ـديـي بافت جـاست كه منجر به نازك حال رشد

افزايش خواهد را آنل شكست مجدد و احتما خواهد شد

.]٣ [داد

ه ـه بسياري از پژوهشگران را بـ، توجدستمشكلاتي از اين

ه ـوادي كـ؛ مه استودـمـسوي مواد جديدتري معطوف ن

پيشين را دربرنداشته باشند و در عين هاي كاشتنيمشكلات

ا ـب بـافت استخواني را در موضع عيـان تشكيل بـحال امك

اب ـن ترتيب بـديـب. م آورندـيفيت بالاتري فراهسرعت و ك

مواد باز شد و" مهندسي بافت استخوان"موسوم به ديـديـج

ةه جامعـن منظور بـ نويني براي اي)بيومتريال(زيست سازگار

افت را ـه طور كلّي، مهندسي بـب .رديدـزشكي معرفي گـپ

، طراحيرايـبول علمي ـوان كاربرد اصـت عنـتوان تح مي

دن تعريف ـ بةدـهاي زن افتـ بيساخت، اصلاح، رشد و ابقا

اي ه گونهـبيومتريال ب كـب آن خواص يـوجـه مـنمود كه ب

گيرد كه قادر به تشكيل بافت و يا دستخوش تغييرات قرار مي

دن ميزبان باشد و ـداخل ب هـها ب از سلول اي ودهـرهايش ت

بنابراين .]٦‐٤ [دردـد گـديـل بافت جـه تشكيـنهايتاً منجر ب

ه ر اساس بـوان بـخـفت روش مهندسي بافت استگتوان مي

ست و ار استوارـذيـهاي تخريب پ يري بيومتريالگكار

كند مي كلّي تبعيت ي اسلوبه دارد غالباً ازـرغم تنوعي كعلي

ا حامل ـ داربست يساخت) ١: ارتند ازـآن عب مراحلكه

هاي اروها، پروتئينها، د بارگذاري سلول) ٢ تخريب پذير

رشد استخوان و در ةعوامل برانگيزند شد و به طـور كلّير

]٧ [اشت مؤثّر مجموعه در موضع مورد نظرـك) ٣نهايت

دن ـب شـريـه تخـروع بـداربست متخلخل در درون بدن ش

هاي كشت شده در داخل ا آن، سلولـزمان بـمـنمايد و ه مي

كه بالاخره ـنـا ايـدهند ت ه رشد و تكثير خود ادامه ميـسازه ب

به چنين . شود بافت استخواني جديد جايگزين آن مي

البتّه علاوه . گردد اطلاق مي ۱ سلوليةهايي مجموع مجموعه

ز در ـ ني٢هاي غيرسلولي ها، از مجموعه بر اين مجموعه

كارگيري ه ي بـمهندسي بافت استخوان استفاده شده است ول

آورد تري را به بار مي مناسبهاي سلولي عملاً نتايج مجموعه

ازي ـس ي خاصيت استخوانـولـرسلـهاي غي در مجموعه. ]٨[

ه ـردد؛ لذا بيومتريال بگ ميالقاء كاشتني ةادـود مـط ختوس

ي ـ بالاي٣سازي ار رفته يا بايد از قابليت تحريك استخوانـك

ةواد برانگيزندـاوي مـنكه حـا ايـ و ياشدـرخوردار بـب

هاي د و پروتئينـاي رشـورهـتـاكـون فـ همچسازي استخوان

آن ا موجب تشكيل استخوان درـباشد ت ٤ خارج سلوليةزمين

.]٩ [موضع گردد

، )ا مصنوعيـطبيعي ي( پليمرها : از موادبه طور كلّي، سه گروه

. داربستي هستند ةادـاي مـزدهـ نام،ها كامپوزيت ها و سراميك

شاملروند ار ميـكه ـه بن زمينـه در ايـعي كـيـپليمرهاي طب

ة ـ، زمين)ي ژلاتينـعنـافتة آن يـر يـيـا شكل تغيـي(كلاژن

كيتين اتـقّـمشت و ٥دهـي شـرال زدايـنـيـاستخواني م

لي ـروه پـز گـيـدر ميان پليمرهاي مصنوعي ن. هستند ]١٠،٥[

αد ـلي لاكتيك اسيـي پـعنـدها؛ يــ هيدروكسي اسي(PLA) ،

ختلفـاي مـ و كوپليمره(PGA)د ـيـلي گليكوليك اسـپ

ت ـافـر مهندسي برد دـاربـ از بيشترين ك(PLGA) اـهـآن

].١٥‐١١، ٧،٥[ رخوردارندـوان بـاستخ

كار رفته در ه ـهاي ب ديگري از بيومتريالةمواد سراميكي دست

ي ـايـه ان سراميكـدر مي. هستندوانـت استخـافـدسي بـمهن

،ه و بـررسـي قـرار گرفته اندد مطالعورـن زمينه مـه در ايـك

خودهـترين تحقيقات را ب هاي كلسيم فسفاتي وسيع سراميك

:د ازـنـارتـبـا عـهـروفترين آنـعـه مـد كـان اص دادهـصـتـاخ

، تترا(TCP)ات ـفسف ، تري كلسيم (HA)اتيتـهيدروكسي آپ


www.ijbme.org


6Osteoconductivity 7Magnetic stirrer 8Petri dish

۵٩

(ACP)ورف ـ و كلسيم فسفات آم(TTCP)لسيم فسفات ـك

]۵،۶.[

ه جزء اصلي بافت سخت را در ـواد كـه از مروـن گـاي

به هنگام استفاده در دهند ا تشكيل ميـه دانـا و دنـه استخوان

ت ـدايـ استخواني، زيست سازگاري و ههاي نـزيـگـايـج

. ]۱۶ [گذارند ش ميـايـنمه ـود بـاز خي را ـ خوب۶استخواني

ه خاصيت زيست سازگاري ـكلسيم ب هاي نقطة قوت فسفات

فسفر ‐لسيم ـ غني از كةگردد كه معلول تشكيل لاي برمي آنها

ه ـاي ب وجود چنين لايه. ]١٧ [استواد ـن مـدر سطح اي

. كمك مي كندكاشتني اتّصال شيميايي ميان استخوان و

ه ـا، بـه كارگيري سراميكه ا بـ ب استان دادهـتحقيقات نش

، در كنار HAلسيمي همچونـات كـهاي فسف ژه سراميكـوي

ر، ـكان حصول خواص مكانيكي بهتواد پليمري، علاوه بر امم

نيز كاشتنيسازي زيست سازگاري و قابليت استخوانةدرج

بعلاوه، مشكل . ه ميزان چشمگيري افزايش خواهد يافتـب

دـواهـرف خـرطـز بـيـدي پليمرها نـمحصولات جانبي اسي

].١٩،١٨،١٦ [شد

كامپوزيتي متشكّل يا هز مادـيـدر اصل خود استخوان طبيعي ن

ه ـكت ـاساي كلاژن ـه و فيبريلHA ورهايـلـباز

ده ـراكنـن ماتريس كامپوزيتي پـهاي استخواني در اي سلول

ارگيري ـكه ـا بـت بـن اسـ بنابراين روش،]٢٠ [هستند

و ) ا ژلاتينـمثل كلاژن ي(هايي از پليمرهاي طبيعي كامپوزيت

در ساخت ) HAژه ـيوه ـب(لسيمي ـات كـاي فسفـه سراميك

اي ادهـتوان م ، مي]٢١ [ب پذيرـريـخـهاي ت ايگزينـج

. ه خواص استخوان طبيعي فراهم نمودـتر ب نزديك

تجربي بخش ‐٢

ها مراحل ساخت داربست ‐١‐٢

ت ـشـكي مخصوص كـكروبيولوژيـوع ميـاز ن(ودر ژلاتين ـپ

در آب مقطر ) آلمان®Merckحصول شركت ـي مـلولـس

اد ـجـاي% w/v٣٣/١٢ ا غلظت ـا محلولي بـ شد تبخوبي حل

HAودر ـل ژلاتين، پـامـلال كـحـس از انـپ. ودـش

ا وزن مولكوليـان بـمـ آل®Merckت ـركـمحصول ش(

g/mol ذرات (٢٣٠ش ـك با مـالعبور كرده از ) ٣٢/٥٠٢

ه محلول ـب) ASTMق استاندارد ـبـ طµm٦٣ تر از وچكـك

ه طور ـ بHAا ذرات ـي همزده شد تـوبـخـافه گرديد و بـاض

ا تغيير ـب. دـونـكاملاً يكنواخت در محلول ژلاتين پراكنده ش

، ١٠هاي وزني مختلف ـتـسبـزوده شده، نـ افHAر ـاديـقـم

هاي راي نمونهـب بـيـرتـه تـ بHA درصد ٥٠ و ٤٠، ٣٠، ٢٠

S1 ، S2 ، S3 ، S4 و S5ه ـب. دـدست آمـب ١دول ـ طبق ج

هاي مختلف و ان كامپوزيتـيـاي م سهـايـداشتن مقمنظور

صورت خالص و بدون افزودن ه بS0ژلاتين خالص، نمونة

HAتهيه گرديد .

ها تركيب شيميايي نمونه‐١جدول

درصد وزني ژلاتين HAدرصد وزني نمونه

S0 ١٠٠ ٠

S1 ٩٠ ١٠

S2 ٨٠ ٢٠

S3 ٧٠ ٣٠

S4 ٦٠ ٤٠

S5 ٥٠ ٥٠

آوريلـمـيند يكساني عآت فرـ مذكور تحهاي نمونهتمامي

،HA+ ص و محلولهاي ژلاتين ـالـمحلول ژلاتيني خ. دـدنش

رارت ـح oC٦٠ك ساعت در درون حمام ـه مدت يـهمگي ب

۷دت توسط همزن مغناطيسيـن مـول ايـ و در طداده شدند

ختي ا تركيب كاملاً يكنواـور پيوسته همزده شدند تـطه ـب

ف ورـ ظوط درـلـخـر مـ هاز ريختن سـپ. دـبدست آي

حرارت ا درجهـا بـد تـاجازه داده ش، جداگانه۸ ديشپتري

اد ـ انجماـب. دـنوـك شـنـد و خنه تعادل برسـاتاق ب

ه ابعاد ـده بـدست آمـ ب منجمدةده، لايـه شتهي هاي مخلوط

٢٤ه مدت ـاق بـرارت اتـه حـ در درج وهمطلوب بريده شد

اه هر ـگـآن. دـنردـا كاملاً خشك گـ تنددـساعت رها ش

اعت در محلول ـ س٢ك از قطعات حاصله بـه مدت ـي

ركت ـ درصـد وزنـي محصول ش٢٥محلول (گلوتارآلدئيد

Merck® رقيق شده تـا w/v ن ـا در ايـشد ت قرار داده) %٨

ژلاتيني رخ انی، اتّصالات عرضي لازم در شبكةـفاصله زم

اي شبكهس از پ.تين نامحلول نمايده ژلال برا تبدي د و آنده


www.ijbme.org


9 Plate 10 Interconnectivity

۶۰

اي ـايـذف بقـشستشو و حبـراي ها شدن ژلاتين، نمونه

رار داده ـمقطر ق ساعت در آب٢٤ه مدت ـگلوتارآلدئيد، ب

ار آب مقطر ـك بـ ساعت ي٦ر ـاين مدت، هطول در .شدند

ت در درجهـاعـ س٨ها به مدت سپس نمونه. تعويض گرديد

ود ـرفته شـا گـهـآن ا رطوبت اوليةـد تاق رها شدنـحرارت ات

انتقاله آون ـي، بـايـهـن خشك كردن وربـه منظو پس از آن

ساعت ديگر حرارت ٢٤ه مدت ـ بoC٥٠اي ـا در دمـتيافتند

. كاملاً خشك گردند،ديده

ها شناسايي داربست ‐٢‐٢

)SEM( ميكروسكوپ الكتروني روبشي ‐١‐٢‐٢

و مطالعه براي mm٢دود ـحبه ضخامت هايي نمونه

ه روش ـاطع در شناسايي بـتر سطوح مق اسبـي منـررسـب

SEMها ابتدا تحت نمونه.رار گرفتندـاده قـورد استفـ م

د ـ پوشش داده شدن)nm٥٠ا ضخامت ـب ( طلاةا لايـلاء بـخ

يـ روبشيـرونـتـكـط ميكروسكوپ الـو سپس توس، SEM،

)Stereo-scan 360 (ز بانبي ـاه جه دستگـمجهEDXA مورد

.مطالعه قرار گرفتند

ها داربستزيست سازگاري ‐۳‐٢

هاي ها، سلول زيست سازگاري داربستةررسي درجـ برايـب

ن ـاي. رار گرفتندـاده قـورد استفـوش مـ م L929فيبروبلاستي

RPMI-1640ط رشد ـها پيش از كشت سلولي در محي سلول

استرپتوميسين ١٠٠ µg/ml پني سيلين،IU/ml١٠٠ همراه به

. دـدنـ نگهداري ش(FCS)ه ـالـوسـي گـنـيـنـسرم ج% ١٠و

. بود٤×cell/ml١٠٥ تـام كشـي در هنگـولـسوسپانسيون سل

ط الكل ـوسـاي مخصوص كشت سلولي در ابتدا تـه هـونـنم

وندضدعفوني گرديدت ـاعـ س٢دت ـه مـب %٧٠اتانول

ا آب مقطر ـ ساعت ب٢ه مدت ـار بـر بـ مرتبه هدو سپس

تريليزاسيون و قرار پس از اس. استريل شستشو داده شدند

از ۹ت سلوليـشـرف كـظاي ـه هـدرون خان ها در نمونهدادن

از سوسپانسيون ml١ هـانـر خـ در ه،ي استايرينـلـجنس پ

ه ـ خانه ب٨داد ـعـت. ود، ريخته شدـسلولي كه قبلاً تهيه شده ب

آنگاه پليت . نگه داشته شدند) نمونهبدون (عنوان شاهد منفي

ا شرايط ـاعت در انكوباتور بـ س٢٤ه مدت ـده بـاده شـآم

٥ %CO2 دماي ، oCقرار داده شد%٩٠ و رطوبت ٣٧ .

ك ـ ساعت، محلول سوسپانسيوني از درون ت٢٤س از ـپ

ه ترتيب در ـها ب د و نمونهـها بيرون كشيده ش ك خانهـت

١٠ه مدت ـدام بـر كـ ه%٩٦ و %٨٠، %٧٠، %٥٠هاي الكل

سپس . شوندتثبيتا سلولها ـد تـدنـه داشته شـگـدقيقه ن

ر ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار ـها در زي نمونه

.گرفتند

بررسي و تحليل نتايج ‐٣

SEM مقايسة عكسهاي ‐١‐٣

ها حكايت از هـونـمـ گرفته شده از نSEMهاي مطالعة عكس

٢٠٠ تا ٥٠ي در محدودة ها حفره با وجود ساختاري متخلخل

ه جهت كاربردهاي مهندسي بافت ـ دارد كمترميكرو

غالباً ها هحفر. ]٢ [ محدوده اي مناسب خواهد بود،استخوان

بيضوي شكل هستند و در بسياري از نقاطساختارداراي يك

اين . از خود نشان مي دهند۱۰، ساختاري به هم مرتبطزـيـن

ه درون ـافت استخواني بـو نفوذ براي رشد ـي بـژگـوي

ه ـ ب٣و ٢ ،١ هاي لكـشدر . استداربست بسيار حائز اهميت

S5 و S0 ،S2هاي ه مقطع نمونهـمربوط ب SEMترتيب تصاوير

ها اگرچه ساختار به هم مرتبط تخلخل. نشان داده شده است

ا ـتوان گفت ب ي ميـ، ولاستها قابل رؤيت در اكثر نمونه

در واحد ها حفره علاوه بر كاهش تعداد ،HAافزايش درصد

بعلاوه در . يابد نيز كاهش مياـهـآنسطح، ارتباط بينابيني

ها بيضوي شكل تخلخلساختار ، كمترHAهاي با هـونـمـن

بالاتر، بيشتر حفظ شده HAهاي داراي هـنسبت به نمون

.است

ه ـ ك ست ا ها اين هن نمون ـ اي ةليـورد ك ـنكتة جالب توجه در م

لاًـام ــورت ك ـصه ـها ب ده در ساختار آن ـاد ش ـجـتخلخل اي

ازيـوع عامل تخلخل سـدون افزودن هيچ نـخودبخودي و ب

طبيعي ژلاتين در آب ع انحلال ـدر واق . صورت پذيرفته است

.است گشته خود باعث ايجاد اين تخلخل


www.ijbme.org


11Sol 12 Collagen fold 13 Interlocking

۶١

S0 ة از مقطع نمونSEM تصوير ‐١ شكل

S2 ةنمون مقطع ازSEM تصوير ‐٢شكل

S5 ةنمون از مقطع SEM تصوير ‐٣شكل

جستجو ليمرـن پـماهيت ژل شدن ايعلّت اين امر را بايد در

عملاً بالاتر از دماي ژل ) oC٦٠(يند رآرارت فـه حـ درج:كرد

؛ بنابراين ژلاتين در اين قرار دارد) ٣٥‐oC٤٠(شدن ژلاتين

اي طويل آن با ه و زنجيرهشداب مي۱۱لدر حالت س، دما

لال ـخ رد. كلافي شكل در آب پراكنده اند نامنظّم وآرايـش

لول ـدن، محـة ژل شـه نقطـا رسيدن بـدن پليمر و بـسرد ش

ي زنجيره هاي ژلاتين ـنـعـيد يآ پليمري به صورت ژل در مي

يابند و شبكه اي را ي ميـرضـصال عـ اتّ،ه طريق فيزيكيـب

ه دامـود بـاي آب را در خـه له مولكوـورند كآ ود ميـوجـب

].٢۲ [اندازند مي

ه ـ است ك۱۲هاي چين كلاژني اد تودهـجـ اينتيجةده ـديـاين پ

هايي فيزيكي باعث قفل شدن دروني همچون گره

) ٤شكل (گردد دن پليمر ميـه ژل شـو در نتيج ۱۳ها مولكول

ادن ـتـه دام افـها و ب دن زنجيرهـپس از قفل ش. ]٢۳[

ه ـ ژلاتين شروع بة ژل، تودةاي حلال در شبكه مولكول

هاي محبوس آب به آن مولكولنمايد و طي يخشك شدن م

دهند كه هايي مي ه تخلخلـ را بتدريج تبخير شده جاي خود

بنابراين، از آنجايی كه مكانيزم . مانند ي ميـاقـار بـتـاخـدر س

ن استوارست، طبيعي ـيـ ژلاتايجاد تخلخل بر اساس انحلال

كامپوزيتي ة ادـي ژلاتين در مـدر نسبت وزنـقـر چـست ها

.يابد داربست بيشتر باشد، تمايل به فوم شدن ماده افزايش مي

]٢٤ [هاي چين كلاژني تشكيل توده‐٤شكل

بررسي نتايج كشت سلولي ‐٢‐٣

ها نمونهةورد كليـولي نيز در م كشت سلهاي شآزماي

،لوليـ كشت س ساعت٢٤ت دـدر طول م. ودـآميز ب تموفقي

دست ـ كنترل بةـونـمـي مناسبي در مقايسه با نـولـاتّصال سل

هاي كنترل اتّصال سلولي در نمونهةوـحـ ن،٥ در شكل. دـآم

اين تصوير حكايت از آن . نشان داده شده است) شاهد منفي(

ها راي اتّصال و رشد سلولـه شرايط آزمايشگاهي بـدارد ك

. ه استكاملاً مناسب بود

اگرچه است دست آمده ـ مناسبي باتّصال سلولي ،S0ة در نمون

ه نشانـشوند ك يمهاي كروي شكل نيز يافت تعدادي سلول


www.ijbme.org


۶۲

هاي كنترل نيز ها در نمونه اين سلول. دارنداز مرگ سلولي

بيشتر است S0ود دارند ولي تعدادشان در نمونة ـوج

هاي فيبروبلاستي ولـبهترين شكل براي اتّصال سل). ٦ شكل(

. يده استحالت دوكي شكل و كش

كنترل ة تصوير ميكروسكوپ نوري از نمون‐٥شكل

) ×٢٥٠بزرگنمايي ( پس از كشت سلولي

S0 ة تصوير ميكروسكوپ نوري از نمون‐٦شكل


به S0 ةي اتّصال يافته بيش از نمونـلولـ جمعيت س،S1در نمونة

اي ل شبكهـراحـها در م ولـلـبعلاوه تعدادي از س. رسد نظر مي

ي تعدادشان اندك ـل رؤيت هستند ولـابـن شدن قـهـشدن و پ

شوند مي هاي كروي شكل زيادي ديده در اينجا نيز سلول. است

اتّصال و رشد سلولي نسبت ،S2 ةاما در مورد نمون ).٧شكل (

افزايش رـعلاوه ب. هتر شده استمراتب به ـ بS1 ـةونـمـبه ن

نيز آنها دوكي شكل ساختارد سطح، ـها در واح سلول تعداد

كه اين است S1 ةه نمونـهاي اتّصال يافته ب مشهودتر از سلول

زيست سازگاري بالاتر اين نمونه در مقايسه با نشان از،امر

).٨شكل ( دارد S1 و S0هاي نمونه

تعداد و جمعيت سلولي از نظر،S4 و S3در نمونه هاي

شود جز اينكه مشاهده نميS2تفاوت فاحشي نسبت به نمونة

هايي كه به مراحل ها اندكي بر تعداد سلول در اين نمونه

بالاتر رشد و تكثير سلولي رسيده اند، افزوده شده است يعني

ل افزايش يافته است ـدوكي شكهاي پهن و تعداد سلول

مراتب ه ـ بها سلول، S5ة در نمون). ١٠ و ۹هاي شكل(

با داربست برقرار را نيز اتّصال بهتري،تر شده درشت

).١١شكل (نموده اند

S1 ةنمون تصوير ميكروسكوپ نوري از ‐٧شكل


S2 ةنمون تصوير ميكروسكوپ نوري از ‐٨شكل


S3 ةنمون تصوير ميكروسكوپ نوري از ‐٩ل شك



www.ijbme.org


۶٣

S4 ةنمون تصوير ميكروسكوپ نوري از ‐١٠شكل


S5 ة تصوير ميكروسكوپ نوري از نمون‐١١شكل

) ×٢٥٠بزرگنمايي (پس از كشت سلولي

نتيجه گيري ‐٤

ت ـاخـ س برايقـيـقـحـاده در اين تـاستفورد ـ م روش‐۱

بسيار ساده و ـي روشHAامپوزيتي ژلاتين و ـهاي ك داربست

،ه از نظر زمانيـه از نظر اقتصادي و چـ چ،مقرون به صرفه

طور كامل ه هاي آلي سمي را ب ه استفاده از حلالـبوده نياز ب

.سازد مرتفع مي

ه ـت كـدي اسـنـيآرـود فـ خ،ن در آبـيـلال ژلاتـحـان ‐۲

ا ـه ور خودبخودي در داربستـطه هاي لازم را ب تخلخل

بنابراين نيازي به استفاده از عوامل تخلخل ساز ،كند ايجاد مي

.نيست

ها حفرهاهش ميزان ـر كـ علاوه بHAا افزايش درصد ـب ‐۳

.شود نيز كمتر ميآنهاارتباط بينابيني

هـا حكايـت از نهاتّصال سلولي بدست آمده در مورد نمو ‐۴

بــراي هـاي سـاخته شـده اري عالي داربسـت ـزيست سازگ

كاربردهاي مهندسي بافـت اسـتخوان دارد كـه در ميـان ايـن

بـر اسـاس تحقيـق انجـام گرفتـه در ايـن مقالـه، ها، داربست

از نظر اتّصـال HA %٥٠ ژلاتين و %٥٠امپوزيت متشكل از ـك

.استتر و رشد سلولي مناسب

مراجع

[1] Park JB, Lakes RS; Biomaterials: An Introduction; Plenum Press, 1992.

[2] Liu DM, Dixit V editors; Porous materials for tissue engineering; Switzerland; Trans Tech Pub; 1997.

[3] Flahiff CM, Blackwell AS, Hollis JM, Feldman DS; Analysis of a biodegradable composite for bone healing. J Biomed Mater Res 1996; 32:419-424.

[4] Bronzino JD; The Biomedical Engineering Handbook; 2nd ed; Vol. 2; USA; CRC Press, 2000.

[5] Burg, KJL, Porter S, Kellam JF; Biomaterial developments for bone tissue engineering; Biomaterials 2000; 21:2347-2359.

[6] Lee YM, Seol YJ, Lim YT, Kim S, Han SB, Rhyu IC, Baek SH, Heo SJ, Choi JY, Klokkevold PR, Chung CP; Tissue-engineered growth of bone by marrow cell transplantation using porous calcium metaphosphate matrices; J Biomed Mater Res 2001; 54(2):216-223.

[7] Hutmacher DW; Scaffolds in tissue engineering bone and cartilage; Biomaterials 2000; 21:2529-2543.

[8] Kon E, Muraglia A, Corsi A, Bianco P, Marcacci M, Martin I, Boyde A, Ruspantini I, Chistolini P, Rocca M, Giardino R, Cancedda R, Quarto R; Autologous bone marrow stromal cells loaded onto porous hydroxyapatite ceramic accelerate bone repair in critical-size defects of sheep long bones; J Biomed Mater Res 2000; 49(3):328-337.

[9] Wise DL, Trantolo DJ, Altobelli DE, Yaszemski MJ, Gresser JD; Human Biomaterials Application; USA Humana Press Inc; 1996.

[10] Wan ACA, Khor E, Hastings GW; Preparation of a chitin–apatite composite by in-situ precipitation onto porous chitin scaffolds; J Biomed Mater Res 1998; 41:541-548

[11] Törmälä P, Vasenius J, Vainionpää S, Laiho J, Pohjonen T, Rokkanen P; Ultra-high strength absorbable self-reinforced polyglycolide (SR-PGA) composite rods for internal fixation of bone fractures: In vitro and in vivo study; J Biomed Mater Res 1991; 25:1-22.

[12] Matsusue Y, Yamamuro T, Oka M, Shikinami Y, Hyon SH, Ikada Y; In vitro and in vivo studies on bioabsorbable ultra-high-strength poly(L-lactide) rods; J Biomed Mater Res 1992; 26:1553–1567.

[13] Gogolewski S, Pineda L, Busing CM; Bone regeneration in segmental defects with resorbable polymeric membranes: IV Does the polymer chemical composition affect the healing process?; Biomaterials 2000; 21(24):2513-2520.

[14] Ishaug SL, Crane GM, Miller MJ, Yasko AW, Yaszemski MJ, Mikos AG; Bone formation by three-dimensional stromal osteoblast culture in biodegradable polymer scaffolds; J Biomed Mater Res 1997; 36(1):17-28.

[15] Murphy WL, Kohn DH, Mooney DJ; Growth of continuous bonelike mineral within porous poly (lactide-co-glycolide) scaffolds in vitro; J Biomed Mater Res 2000; 50(1):50-58.

[16] Linhart W, Peters F, Lehmann W, Schwarz K, Schill- ing AF, Amling M, Rueger JM, Epple M; Biologically and chemically optimized composites of carbonated apatite and polyglycolide as bone substitution materials; J Biomed Mater Res 2001; 54(2):162-171.


www.ijbme.org


۶۴

[17] Guo L, Guo X, Leng Y, Cheng JC, Zhang X; Nanoindentation study of interfaces between calcium phosphate and bone in an animal spinal fusion model; J Biomed Mater Res 2001; 54(4):554-559.

[18] Durucan C, Brown PW; Low temperature formation of calcium-deficient hydroxyapatite - PLA/PLGA composites; J Biomed Mater Res 2000; 51(4):717-725.

[19] Ma PX, Zhang R, Xiao G, Franceschi R; Engineering new bone tissue in vitro on highly porous poly(α-hydroxyl acids) /hydroxyapatite composite scaffolds; J Biomed Mater Res 2001; 54(2):284-293.

[20] Eroschenko VP; Atlas of Histology with Functional Correlations International ed; 8th ed, Lippincott Williams & Wilkins; 1996.

[21] Yaylaoglu MB, Korkusuz P, Ors U, Korkusuz F, Hasirci V; Development of a calcium phosphate-gelatin composite as a bone substitute and its use in drug release; Biomaterials 1999; 20(8):711-719.

[22] Guenet JM; Thermoreversible Gelation of Polymers and Biopolymers; USA; Academic Press; 1992.

[23] Kroschwitz JI ed; Encyclopedia of Polymer Science and Engineering; USA; John Wiley and Sons Inc, Vol 7, 1987.


www.ijbme.org

Documents

Fabrication of a Porous Composite Scaffold for Bone Tissue