پایان نامه به همراه تمام ضمائم : پایان نامه ساخت داربست های مهندسی بافت به روش Gas Foaming

پایان نامه به همراه تمام ضمائم : پایان نامه ساخت داربست های مهندسی بافت به روش Gas Foaming

تحقیق به همراه تمام ضمائم : تحقیق ساخت داربست های مهندسی بافت به روش Gas Foaming

فهرست

پیش گفتار

یكی از معضلات بزرگی كه علم پزشكی از دیرباز با آن درگیر بوده است، ارائه درمانی قطعی برای بازسازی بافت های از كار افتاده و یا معیوب است. متداول ترین شیوه در درمان این نوع بافت ها، روش سنتی پیوند است كه خود مشكلات عدیده ای را به دنبال دارد. از جمله این مشكلات می توان به كمبود عضو اهدائی، هزینه بالا و اثرات جانبی حاصل از پیوند بافت بیگانه Allograft)) كه مهمترین آنها همان پس زنی بافت توسط بدن پذیرنده است اشاره كرد. این محدودیت ها دانشمندان را بر آن داشت تا راه حلی مناسب برای این معضل بیابند.

مهندسی بافت با عمر حدوده 1 ساله خود روشی نوید بخش در تولید گزینه های بیولوژیكی برای كاشتنی ها (Implants) و پروتزها ارائه كرده و وعده بزرگ تهیه اندام های كاملاً عملیاتی برای رفع مشكل كمبود عضو اهدائی را می دهد. اهداف مهندسی بافت فراهم سازی اندام های كارآمد یا جایگزین های قسمتی از بافت برای بیمارانی با ضعف یا از كارافتادگی اندام و یا بیماری های حاد است كه این امر با استفاده از روش‌های درمانی متنوع اندام مصنوعی- زیستی تحقق می یابد. بنا به تعریف، مهندسی بافت رشته ای است كه از تركیب علم بیولوژی مواد و علم مهندسی یا به عبارتی Biotech جهت بیان ارتباطات ساختاری بافت های فیزیولوژیكی و طبیعی پستانداران در راستای توسعه روش های نوین ترمیم بافت و جایگزین سازی بافت، توسعه یافته است. مهندسی بافت شامل مباحثی نظیر تركیبات نوین سلول ها، بیومواد غیرسلولی، داروها، فرآورده های ژنی یا ژن هایی می باشد كه قابل طراحی، تشخیص و ساخت بوده و امكان رهایش آنها به طور همزمان یا ترتیبی به عنوان عامل های درمانی میسر باشد. اگرچه داروها یا بیومواد غیر سلولی به مواد بسیاری اطلاق می گردد اما درمان های منهدسی بافت در واقع منحصر به فرد هستند.

داربست مهندسی بافت

در مهندسی بافت، سلول ها بر روی یك بستر از جنس پلیمر زیست تخریب پذیر بسیار متخلخل استقرار یافته، رشد و تكثیر می یابند. روند رشد این سلول ها در جهت بازسازی بافت در سه بعد است. یكی از اساسی ترین قسمت های مهندسی بافت، داربست های زیست تخریب پذیر هستند كه تحت نام Scaffold شناخته می شوند. این داربست ها در حقیقت بستری متخلخل با ساختاری شبیه به ماتریس برون سلولی بافت (ECM) هستند كه رشد سلول را به سمت تشكیل بافت مورد نظر جهت می دهند. از آنجا كلیه سلول های بدن به غیر از سلول های سیستم خون رسانی و بافت های جنینی خاص بر روی ECM رشد می كنند، ایجاد یك بستر مصنوعی در محیط in vitro بسیار اهمیت دارد. با رشد سلول ها بر روی داربست، داربست تخریب می شود. جنس این داربست ها پلیمر و در بعضی موارد كامپوزیت پلیمر- سرامیك است. پلیمر های متداول مورد استفاده در مهندسی بافت در جدول 1 آورده شده است.

پر استفاده ترین پلیمر ها در مهندسی بافت پلیمرهای خانواده پلی- هیدروكسی اسید شامل PGA PLA و PLGA هستند كه به طور گسترده به عنوان داربست مورد استفاده قرار می گیرند. داربست های كامپوزیت پلیمر-سرامیك در موارد ارتوپدی استفاده شده و از مهمترین سرامیك های به كار رفته در آنها می توان به تری كلسیم فسفات، تتراكلسیم فسفات و هیدوركسی آپاتیت اشاره كرد. علت به كارگیری سرامیك ها در داربست، افزایش استحكام پلیمر، چسبندگی به استخوان و قابلیت تحرك رشد درون استخوان است. بهینه ترین كامپوزیت در این مورد تركیب PLGA و هیدروكسی آپاتیت شناخته می شود.

مكانیزم تخریب PGA PLA و كوپلیمر های آنها بر اساس هیدرولیز تصادفی باندهای استری زنجیره پلیمری است. محصول نهایی این تخریب آب و است كه به آسانی از بدن دفع می شوند. یك داربست ایده آل باید دارای تخلخل مناسب برای انتشار مواد غذایی بوده و امكان پاكسازی مواد زائد را داشته و دارای پایداری مكانیكی مناسبی جهت تثبیت و انتقال بار باشد. علاوه بر این، شیمی سطح ماده باید چسبندگی سلول و علامت دهی داخل سلولی (intracellular signaling) را به نحوی ارتقاء دهد كه سلول ها فنوتیپ طبیعی خودشان را بروز دهند. برای رشد سریع سلول، داربست باید دارای میكروساختار بهینه باشد، فاكتورهای مهم یك داربست عبارتند از اندازه خلل و فرج، شكل و مساحت ویژه سطح. خلل و فرج موجود در داربست در حقیقت مسیرهای غذارسانی سلول ها و دفع پسماندهای سلولی هستند. برای مثال خلل و فرج بهینه برای رشد سلولهای فیبروبلاست درون رست ، خلل و فرج مناسب برای بازسازی پوست یك پستاندار بالغ 30-350 20-125 برای بازسازی استخوان است. بنابراین هدف اصلی در ساخت داربست، كنترل دقیق اندازه خلل و فرج و تخلخل است. مورد دیگر نحوه ایجاد چسبندگی مناسب سلول به سطح داربست است كه در این مورد هم شیوه های متفاوتی به كار برده می شود، یكی از ساده ترین شیوه ها به كارگیری رشته های كوچك پپتیدی در پروتئین های ECM است كه به عنوان واسطه مسئولیت چسبندگی سلول به بیومواد را بر عهده دارند. اجزاء گوناگون سرم قابل حل (پروتئین ها، پپتیدها) و رشته RGD برای تسهیل چسبندگی سلول شناخته شده اند.

روش های ساخت داربست

از آنجا كه ECM بافت های مختلف باهم تفاوت دارد، داربست های مصنوعی به كار رفته برای هر بافت نیز با هم فرق می‌كند. تهیه داربست هایی با ماتریس های مختلف نیازمند به كارگیری روش های ساخت متفاوتی است كه هر یك شیوه و كاربرد منحصر به خود را دارد. از جمله این روش ها می توان به
Melt Casting Freeze Drying Membrane Lamination Solvent Casting

Gas Foaming Polymerization Phase Separation

اشاره كرد. شكل داربست یا به عبارتی Morphology آن باید دقیقاً شبیه بافت معیوب باشد. برای شبیه سازی شكل داربست با قسمت ناقص اندام (defect) از شیوه های كامپیوتری همانند CAD استفاده می شود. داربست پردازش شده بر اساس این الگو مورفولوژی دقیقی از ناحیه معیوب بافت خواهد داشت.

در ذیل خلاصه ای از روش های مهم ساخت داربست آمده است.

قالب گیری حلال (Solvent Casting)‍: قالب گیری حلال یك روش ساده برای تولید داربست مهندسی بافت است. در این روش پلیمر در یك حلال مناسب حل شده و در قالب ریخته می شود. سپس حلال حذف گردیده و حالت پلیمر را در شكل مورد نظر حفظ می‌كند. این شیوه به شكل های قابل حصول محدود می شود. غالباً تنها طرح های قابل شكل‌گیری در این روش صفحات صاف و لوله ها هستند. البته با قراردادن صفحات صاف روی هم نیز می توان به اشكال پیچیده تر دست یافت. در این شیوه می توان با شستن ذراتی مانند كریستال های نمك كاشته شده درون پلیمر كه Progen خوانده می شود، داربست را به صورت متخلخل درآورد. مزیت اصلی قالب گیری حلال سادگی ساخت بدون احتیاج به تجهیزات خاص است. همچنین از آنجا كه عمل ساخت در دمای اتاق انجام می گیرد نرخ تخریب پلیمر زیست تخریب پذیر به روش قالب گیری حلال كمتر از فیلم های قالب گرفته شده از طریق تراكم خواهد بود. عیب اصلی قالب گیری حلال باقی ماندن احتمالی حلال سمی درون پلیمر است. برای رفع این عیب باید به پلیمر اجازه داد تا كاملاً خشك شده و سپس با استفاده از خلاء حلال باقی مانده را خارج نمود. عیب دیگر این روش احتمال تغییر یافتن ماهیت پروتئین و دیگر مولكول های موجود در پلیمر به واسطه استفاده از حلال است. (شكل 2)

لایه سازی غشاء (Membrane Lamination): لایه سازی غشاء روش های درمانی از طریق سلول های كپسوله شده برای رهایش گسترده ای از محصولات به دست آمده از مولكول های كوچك (برای مثال، دوپامین، انكفالین ها) تا محصولاتی با ژن های بسیار بزرگ (مانند فاكتورهای رشد، ایمیونوگلوبولین ها) را در بر می گیرد. رهایش مواد فعال در مناطق خاصی از بدن به طور سنتی توسط كپسول های پلیمری تخریب پذیر و غیر تخریب پذیر كه حاوی یك یا چند دارو هستند احاطه شده است. در این حوزه مواد در حین ساخت با یك ماتریس پلیمری تركیب شده و سپس بعد از مدت زمانی مشخص از میان ماده (diffusion) و یا در خلال تخریب ماده (erusion) آزاد می شوند. در این جا كنترل مناسب كنتیك های آزاد شده از اهمیت خاصی برخوردار است. یك مثال در این مورد كنتیك های رها شده مرتبه صفر به دست آمده از میله های كوپلیمر استات اتیلن- ونیل (EVAc) به كار رفته در رهایش عامل های شیمی درمانی در مغز است. در طول دو دهه اخیر محققان تلاش كرده اند كه مواد را از ناقل های رهایش هیبریدی زیست مصنوعی (bioartificial) كه شامل لایه های غشا بر سطح اجزاء سلولی كپسوله شده كه درون غشا هستند آزاد كنند. كاربرد و هدف اصلی سلول های كپسوله شده، درمان دردهای مزمن بیماری پاركینسون و دیابت نوع I، همچنین ناتوانی های دیگر ناشی از افت ترشح عملكرد سلول است كه با كاشت اندام یا درمان های دارویی به طور كامل قابل مداوا نیستند. كپسوله كردن بافت عموما به دو شكل انجام می گیرد: لایه بندی غشا میكروكپسوله و ماكرو متخلخل در میكرو كپسوله سازی یك یا چند سلول با پراكندگی‌های كروی فراوان (با قطر 100-300 nm) كپسوله می شوند. در ماكرو كپسوله سازی تعداد زیادی از سلول ها یا توده های سلولی در یك یا چند كپسول نسبتاً بزرگ كاشته می شوند. مزیت روش دوم، پایداری شیمیایی و مكانیكی و سادگی بازیافت در صورت نیاز است. اولین دستگاهی كه به این روش تأئیدیه ایالت متحده را كسب كرده است دستگاهی به نام كبدیار (Liver assist)