چکیده

داربست­های نانولیفی الکتروریسی شده قابلیت تشکیلساختارهایی مشابه با ساختار ماتریس خارج سلولی را فراهم می­کنند. انتخاب مواد و مطالعهعمیق خواص مکانیکی این ساختارها، جهت دست­یابی به بینش بهتردر مقیاس­های بزرگ­تر از اهمیت بسیار بالایی در حوزه مهندسی بافت برخوردار است. ازجمله چالش­های مهم در حوزه مهندسی بافت، عدم چسبندگی مناسب سلول به بستر نانولیفی،آب­گریزی و هم­چنین استحکام پایین بستر پلیمری است. در این راستا تلاش­های متعددیتوسط پژوهشگران صورت گرفته است تا با غلبه بر چالش­های مطرح شده، به ساختاری مناسبو متناسب با بافت هدف دست یابند. در این پژوهش، ابتدا حلالیت پلی(­هیدروکسی­بوتیرات) در حلال‌هایمختلف جهت کاهش حدس و خطا و دست­یابی به حلالی مناسب به­طور تئوری مورد مطالعهقرار گرفت. سپس به­منظور غلبه بر برخی از محدودیت­های پلی­(هیدروکسی­بوتیرات)،داربست­های الکتروریسی شده­ی این پلیمر، حاوی مقادیر مختلفی از لیگنین (3،6 و 9 درصد وزنی) و نانوالیاف سلولز (1، 3 و 5 درصد وزنی) در تری فلوئورو استیک­اسید تهیه شدند. با توجه به نقشساختار داربست بر خواص نهایی، از الگوریتم تاگوچی و مشاهدات میکروسکوپی نیز جهتبهینه­سازی شرایط الکتروریسی بر اساس مورفولوژی نهایی نانوالیاف استفاده شد. درفاز اول، مدول این نمونه‌ها با اعمال نانو سختی­سنجی بر روی یک نانوالیاف، از دو دیدگاهمختلف مورد مطالعه قرار گرفت. در دیدگاه اول، ساختار هندسی داربست­های الکتروریسی شدهمشابه با یک فوم سلول­باز در نظر گرفته شد. در دیدگاه دوم، داربست­ها به­عنوان یک مجموعه از نانوکامپوزیت­هایتقویت­شده با الیاف­کوتاه در نظر گرفته شدند. نتایج تجربی مؤید این امر بود که خروجی‌های مدل   تتراکایدکاهدرون، پیش‌بینی‌های قابل­قبولی را در بینمدل­های فوم با دقت تقریبی 99/78 تا 15/96 درصد ارائه کرده است. علاوه بر این، مدلهالپین­تسای نیز پیش‌بینی‌های قابل­قبولی را در بین مدل‌های نانوکامپوزیتی با 36/93 تا 77/99 درصد انطباقنشان داده است. سرانجام، نمونه پلی(­هیدروکسی­بوتیرات)/لیگنین (6% وزنی)، پلی­(هیدروکسی­بوتیرات)/نانوالیافسلولز (3% وزنی) و نمونه سه جزئی متشکل از پلی(­هیدروکسی­بوتیرات)/لیگنین(6%)/نانوالیافسلولز(3%) به­عنوان نمونه­های بهینه بر اساس خواص مکانیکی انتخاب شدند. در فاز بعد، کاربرداین داربست­ها در زمینه مهندسی بافت استحوان توسط کشت سلول­های سرطانی استئوبلاست انسانی (MG63) مورد ارزیابی قرار گرفت. برای نمونه­های سه جزئی در قیاس بانمونه پلی­(هیدروکسی­بوتیرات) خالص علاوه بر تغییر ساختار نواری الیاف و افزایش قابل­توجه زبری­سطح (از 326 به389 نانومتر)، کاهش زاویه­تماس (از حدود 120، به 21/62 درجه)، کاهش جزئی در بلورینگی (از 46 به 43درصد) و سایز بلور (از حدود 24 به 16 نانومتر)، نرخ تخریب مناسب (30% کاهش وزندر دو ماه)، و نسبت کلسیم به فسفر بیش از 4/1 به معنای خواص معدنی­سازیِ ارجح، و بیش از سه برابر افزایش در ضریبچقرمگی مشاهده شد. در نهایت، نه تنها خروجی آزمون بقای­سلولی (ارتقا از حدود 60 به100 درصد)، بلکه رنگ‌آمیزی سلول و نتایج میکروسکوپ الکترونی نیز رفتار سلولی برتری را در حضور لیگنین و نانوالیاف سلولز تأییدکردند. دست­یابی­هایفوق همراه با نتایج قابل­قبول آلکالین فسفاتاز و آلیزارین­قرمز صحت کارایی بهترِ ترکیباین زیست­مواد را در حوزه مهندسی بافت اسکلتی به خصوص استخوان اسفنجی تأییدکردند.

کلمات کلیدی: پلی­(هیدروکسی­بوتیرات)، لیگنین،نانوالیاف سلولز، داربست الکتروریسی شده، مدل­سازی مکانیکی، مهندسی بافت استخوان.