جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای آزادمهر)

موضوع: امکان سنجی پرینت هیدروژل‌های بدون سلول بر پایه آلژینات-ژلاتین متاکریلات برای استفاده در چاپ زیستی مبتنی بر اکستروژن

ارائه دهنده: آرش آزادمهر

استادان راهنما: دکتر احسان فروزمهر، دکتر الهه مسائلی

استاد مشاور: دکتر محسن بدرسمای

استادان داور: دکتر پیمان مصدق، دکتر مهدی کاروان

چیکده :

زمینه چاپ زیستی پتانسیل بسیار زیادی را در مهندسی بافت و پزشکی بازساختی نشان داده است. با این حال، یکی از چالش‌های مهمی که محققان با آن مواجه هستند، کمبود هیدروژل‌هایی است که دارای ترکیبی اساسی از استحکام مکانیکی، قابلیت چاپ و زیست سازگاری هستند.  هیدروژل‌های معمولی اغلب فاقد یکپارچگی ساختاری لازم برای تقلید از پیچیدگی‌های بیومکانیکی بافت‌های طبیعی هستند که کاربرد آن‌ها را در فرآیندهای چاپ زیستی محدود می‌کند. در زمینه چاپ زیستی، یک هیدروژل زمانی قابل چاپ است که ترکیبی از ویژگی‌ها را نشان می‌دهد، که این شامل ویسکوزیته کم جهت تسهیل اکستروژن روان از طریق نازل چاپگر، اتصال عرضی سریع برای ثبات ساختاری و سازگاری زیستی بالا برای استفاده بالقوه در مهندسی بافت است. در این پژوهش ابتدا به امکان سنجی چاپ هیدروژل آلژینات به منظور راه‌اندازی دستگاه چاپگر زیستی و درک پارامترهای ساخت پرداخته شد. با توجه به قابلیت چاپ پایین هیدروژل آلژینات، ژلاتین و ژلاتین متاکریلات با هدف بهبود خواص هیدروژل از جمله افزایش ویسکوزیته و استحکام مکانیکی به هیدروژل اضافه شدند. نتایج نشان داد هیدروژل 5% آلژینات-4% ژلاتین-3% ژلما با نازل G27 قابلیت چاپ خوبی دارد که پارامترهای ساخت بهینه آن نظیر سرعت حرکت نازل mm/s 2، ضخامت هر لایه mm 1/0 و ضریب اکستروژن 9 با آزمایش‌های متعدد تعیین شدند ولی همچنان دقت چاپ نسبتا پایین بود. برای غلبه بر این محدودیت، تحقیق حاضر بر توسعه یک ترکیب هیدروژل نانو کامپوزیت متمرکز شد که به محدودیت‌های هیدروژل‌های موجود می‌پردازد. فرمول هیدروژل شامل 5% آلژینات، 4% ژلاتین، 3% ژلاتین متاکریلات و اضافه کردن 1/0 % نانوذرات مغناظیسی اکسید آهن با پوشش آلژینات است که ترکیب شده‌اند. این ترکیب هم افزایی عملکرد و تطبیق پذیری سازه‌های چاپ زیستی شده را افزایش می‌دهد و با تغییر ضریب اکستروژن به 8 و ثابت نگه داشتن دیگر پارامترها، دقت چاپ در هیدروژل نانو کامپوزیت 7% بهبود پیدا کرد. ساخت دقیق، بهینه‌سازی و خصوصیات این ترکیب هیدروژل با هدف دستیابی به استحکام مکانیکی بالاتر و در عین حال حفظ قابلیت چاپ و زیست سازگاری است. با ترکیب نانوذرات اکسید آهن، هیدروژل خواص مکانیکی بهبود یافته‌ای به دست می‌آورد. استحکام فشاری هیدروژل نانو کامپوزیت kPa 196 است که نسبت به هیدروژل بدون نانوذرات 77% افزایش پیدا کرده است و به پایداری آن کمک می‌کند. همچنین نتایج نشان داد کرنش نهایی قابل تحمل هیدروژل نانو کامپوزیت %18 افزایش یافته که در نتیجه این نانوذرات به‌عنوان عوامل تقویت‌کننده در ماتریس هیدروژل عمل می‌کنند و تعادلی بین قابلیت چاپ و استحکام مکانیکی فراهم می‌کنند. ترکیب نانوذرات اکسید آهن، هیدروژل نانو کامپوزیت را به عنوان یک نامزد امیدوارکننده برای استفاده به عنوان ماده زیستی قرار می‌دهد که قادر است پیچیدگی‌های بیومکانیکی بافت‌های طبیعی را تقلید کند. همچنین با توجه به خواص مغناطیسی و آنتی باکتریال نانوذرات اکسید آهن، هیدروژل نانو کامپوزیت حاصل پتانسیل استفاده در انواع کاربردهای زیست پزشکی در چاپ زیستی و مهندسی بافت را دارد. مطالعات رئولوژیکی نشان داد هیدروژل‌های مورد استفاده دارای خاصیت رقیق شدگی برشی هستند که در چاپ زیستی مبتنی بر اکستروژن مطلوب است، علاوه بر این در آزمایش جاروب دما مشخص شد چاپ هیدروژل‌ها در دمای 25℃ بهینه است. افزودن نانوذرات به ترکیب هیدروژل منجر به افزایش 25% در نسبت تورم شد. افزایش قابلیت جذب آب در هیدروژل نانو کامپوزیت، به طور بالقوه محیط مطلوب‌تری را برای فرآیندهای سلولی ارائه می‌دهد. در آزمون نرخ تخریب، بین دو فرمول هیدروژل ساده و نانو کامپوزیت، تفاوت معنی‌داری در دوره‌های زمانی ارزیابی‌شده مشاهده نشد. همانطور که حوزه چاپ زیستی به تکامل خود ادامه می‌دهد، این هیدروژل نانو کامپوزیت پتانسیل زیادی در پیشبرد پزشکی بازساختی دارد. خواص مکانیکی استثنایی به همراه قابلیت چاپ، آن را به یک نامزد امیدوارکننده برای طیف گسترده‌ای از کاربردها، از جمله ساخت ساختارهای بافت پیچیده و داربست برای بازسازی بافت و دارورسانی هدفمند تبدیل می‌کند.