منصة الرسائل والاطاريح: تطوير متراكبات بوليمرية نانوية لتجديد العظام

الخلاصة

تؤثر عيوب أنسجة العظام على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. تعتمد إصلاحات عيوب العظام على دمج أو استبدال التطعيم العظمي. العلاجات الحالية لعيوب العظام غير كافية وتفتقر إلى التكنولوجيا الموثوقة كما ان الطرق علاجية التقليدية والشائعة مثل تطعيم عظمي )(allogeneic bone graftingلم يحقق التأثير العلاجي المثالي. مما دفع الباحثين إلى استكشاف طرق جديدة لتجديد العظام للتغلب على الأمراض السريرية المختلفة مثل التهابات العظام وأورام العظام وفقدان العظام بسبب الصدمات).(trauma وفي العقود الأخيرة، طورت هندسة أنسجة العظام )(BTEوكانت رائدة في هذا المجال وتم تسلط الضوء على تصميم سقالات ) (BTEوفًقا لبيولوجيا العظام وتوفر الأساس المنطقي لتصميم الجيل التالي من سقالات BTE التي تتوافق مع التئام العظام الطبيعي وتجديدها. لذلك تم تكريس الباحثين في مجال هندسة أنسجة العظام، وتركز الاهتمام على تطوير المواد المركبة للتطبيقات الطبية الحيوية لمعالجة مشاكل العظام. وعلى الرغم من استخدام مركبات البوليمر الصناعية والطبيعية، الا انه قد حلت البوليمرات الطبيعية محل البوليمرات الصناعية بسبب التوافق الحيوي المحسن والطبيعة الغير سامة لمنتجاتها القابلة للتحلل. وبذلك يتم استخدام سقالة بوليمرية قابلة للتحلل لتعزيز نمو الأنسجة وإعادة تشكيلها مع تشكل العظم الجديد، وسوف تتحلل الدعامة المؤقتة ويمتصها الجسم. في الدراسة الحالية، تم تحسين الخواص البيولوجية والمورفولوجية والميكانيكية للشيتوزان ( )CSالمقوى ب هيدروكسي اباتيت ( )HAوأكسيد الزنك ) ،(ZnOوتم تحقيق ذلك في ثلاث خطوات ، اذ تضمنت الخطوة الأولى: خلط البوليمر الطبيعي (الشيتوزان) مع بوليمر صناعي (بولي إيثيلين جلايكول) ) (PEGكمادة ملدنة بنسب مختلفة ) ٪)70:30 ، 80:20,90:10(،(CS: PEGعلى التوالي والتي تم تحضيرها بطريقة الصب . وبناًء على مرونة العينة، تم اختيار مزيج ( ٪ )70:30وتقويته بثلاثة نسب وزنية مختلفة من جزيئات هيدروكسي ابتيت النانوية , ( 1,2,3 %w.t) HAتم تقييم هذه المادة المركبة النانوية باستخدام فحص (،(FTIR و ) ،(DSCالفحص المجهري الإلكتروني و )(FE- SEMالمجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني ، الفحص المجهري للقوة الذرية ) ،(AFMاختبارات الترطيب والانتفاخ والتحلل. ووجد أن نسبة (% )3من HA كانت الأفضل بسبب خواصها العالية من الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والبيولوجية. اما الخطوة الثانية تضمنت اضافة ثلاثة نسب مختلفة من أكسيد الزنك النانوي ( )0.3,0.5,0.7 %ZnOإلى المادة المركبة النانوية) )70%CS/30%PEG/3%HA() nanocompositeلتحضير مادة مركبة نانوية هجينة( Hybrid ,)nanocompositeو تم اجراء فحوصات المورفولوجية، والميكانيكية، وقابلية البلل، والانتفاخ، والتحلل، والنشاط المضاد للبكتيريا، والسمية الخلوية.اذ أشارت نتائج FTIRلفيلم المادة المركبة نانوية إلى تداخلات جيدة وتكون رابطة هيدروجينية بين البوليمرين وأي ًضا مع الجسيمات النانوية من HAو ،ZnOوأظهر نتائج عينة FE-SEMلـ (CS / PEG ) / HAو ) (CS / PEG / HA / ZnOالى مزي ًجا جيًدا من CSو PEGمع تشتت جيد لجسيمات النانوية )% (HA,ZnOداخل . Matrixكما كشفت نتائج اختبار قابلية التبلل عن إضافة PEGوالجسيمات النانوية من HAو ZnOإلى CSزيادة قابلية التبلل لـ CSاذ انخفضت زاوية التلامس من ° 94درجة CS ( مماجعلتCS/PEG/3%HA/0.5%ZnO) ل26°( وCS/PEG/3%HA) درجة عند38° النقي إلى طبيعة سطح المركب النانوي الهجين أكثر حبا للماء مما يدعم التوافق الحيوي ونمو الخلايا الحية عليه. بناًء على نتائج د ارسات الانتفاخ، تمت زيادة نسبة الانتفاخ لمزيج CS / PEGفي وسط الزرعة (محلول ،)PBSمما يسمح للمواد الغذائية بالتدفق بسهولة أكبر من خلاله بينما انخفض معدل الانتفاخ للمركبات النانوية بشكل طفيف مع زيادة نسبة ٪ HAوأي ًضا ينخفض الانتفاخ للمركب النانوي الهجين قليلاً ويبلغ معدل التناقص ( ٪ )3مع إضافة % 0.5من ZnOويعود لدخول الجسيمات النانوية بين سلاسل البوليمر وتحتل المزيد من المساحات. علاوة على ذلك، زاد معدل التحلل السقالات (الدعامات) المركبة مع إضافة ،PEG ومع ذلك، فقد انخفض بشكل طفيف مع إضافة الجسيمات النانوية ( )٪ZnO HAبسبب وجود الجسيمات النانوية التي عززت ثبات السقالات) (Scaffoldولكنها تظل قيمة التحلل بمقدار مقبول. كما أظهرت نتائج AFMزيادة خشونة سطح CSبإضافة % ،PEG 30لكن خشونة السطح انخفضت مع زيادة نسبة الجسيمات النانوية ) (HA,ZnOلكنها لا تزال سطوح حادة تم الكشف عنها من قيمة )(Sku أعلى من ) ،)3مما عزز التصاق الخلايا الحية. وايضا مع متغير أخر للخشونة وهو مؤشر تحمل السطح )(Sbiوهو دالة للخصائص الميكانيكية وتزداد قيمته مع مزيج CSو PEGوتقويتها بالجسيمات النانوية ) ٪w.t (HA,ZnOوهذه النتائج ل ) (Sbiالتي دعمت نتائج اختبار الشد الذي أشار الى تحسين الخواص الميكانيكية لـCS ازدادت الخواص الميكانيكية (مقاومة الشد ومعامل المرونه) بزيادة نسبة ( ٪HAو ،)٪ZnOاذ ازدادت مقاومة الشد بنسبة % ،84وزادت مرونة المعامل بنسبة % 62مع إضافة جزيئات نانوية بنسبة % 0.5من ZnOوالتي تدعم تجديد(ترميم) العيب العظمي. علاوة على ذلك، من الاختبار المضاد للبكتيريا تبين ان هناك خصائص مضادة للبكتيريا للمركب النانوي الهجين والتي تم تعزيزها بزيادة النسبة الوزنية من HAو , ZnO كما اشار اختبار MTTإلى أن السقالة (الدعامة) تعزز القابلية الحيوية لخلايا ( ) HdFn،MG-63والانتشارفي السقالات وبالتالي، يمكن أن يعمل هذا المركب النانوي الهجين كمرشح لاستخدامه في هندسة أنسجة العظام. كانت الخطوة الثالثة هي إضافة الجلترالدهايد ( )GAبنسبة)% (0.02باعتباره مادة مشبكة)(Crosslinkerلأفضل نسبة من مزيج البوليمر) ، (70%CS/30%PEGمركب نانوي مقوى بـ ) ،(70%CS/30%PEG/3%HAومركب نانوي هجين ) (CS/PEG/3%HA/ZnOلمعرفة تأثير Crosslinkerعلى خصائص المركبات النانوية المحضرة. اذ أظهرت النتائج ان المزيج البوليمري المتشابك مع GAله قابلية تبلل عالية مقارنًة بالمركب النانوي والمركب النانوي الهجين المتشابك مما يدل على زيادة زاوية التلامس بسبب استخدام GAكمشبك.crosslinker علاوة على ذلك، اذ تقل مقاومة الشد ومعامل المرونة والاستطالة مع إضافة GAمقارنة بالأفلام uncrosslinkerبسبب الروابط المكونة تكون أكثر إحكاما مع إضافة الجلترالدهايد مما يؤدي إلى تقليل الخواص الميكانيكية