جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای پوریا خلجی)

موضوع: مطالعه داربست‌های مختلف بافت استخوان از نظر انتقال جرم و سفتی

ارائه دهنده: پوریا خلجی

استاد راهنما: دکتر مهدی کاظمی

استاد مشاور: دکتر محسن بدرسمای

استادان داور: دکتر علیرضا فدایی تهرانی، دکتر محمد سیلانی  

چکيده

      داربست‌های مهندسی بافت به‌عنوان بستر مصنوعی برای رشد سلول‌ها و چهارچوبی جهت ترمیم استخوان‌های آسیب‌دیده، نقش مهمی در موفقیت درمان‌های بازسازی استخوان دارند. عملکرد این داربست‌ها به‌طور هم‌زمان، به استحکام مکانیکی و توانایی مناسب آن‌ها در انتقال مواد وابسته است. ساختار هندسی و درصد تخلخل داربست مهم‌ترین پارامترهای تعیین کننده استحکام مکانیکی و قابلیت انتقال جرم داربست است. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر هندسه ساختار و درصد تخلخل در انواع مختلف داربست‌های استخوانی بر ویژگی‌های مکانیکی و بیولوژیکی آن‌ها است. در این پژوهش شش مدل ساختار متخلخل متفاوت از جمله ساختارهای Voronoi، TPMS، Isotruss، Octet، Truncatedcube و Weaire-Phelan با درصد تخلخل‌های 60، 70 و 80  مورد بررسی قرارگرفتند.  ساختارهای هدف با استفاده از نرم‌افزار طراحی nTop مدل‌سازی شدند و برای ارزیابی استحکام، نمونه‌های داربستی با استفاده از دستگاه چاپ سه بعدی FDM  با استفاده از فیلامنت پلی‌لاکتیک اسید پلاس ساخته شدند و تحت آزمایش فشار قرار گرفتند و رفتار مکانیکی آن‌ها اندازه‌گیری شد. همچنین جهت بررسی انتقال جرم، فرآیند نفوذ و حرکت مواد مغذی در داربست‌ها با بهره‌گیری از نرم‌افزار COMSOL Multiphysicsشبیه‌سازی شد. پارامتر کمی جهت بررسی قابلیت انتقال جرم، افت فشار در مسیر عبور سیال در داربست بوده و جهت بررسی سفتی مکانیکی پارامتر مدول الاستیسیته داربست‌ها مورد بررسی قرار‌ گرفت. نتایج به دست‌آمده نشان داد که افزایش تخلخل موجب بهبود نفوذپذیری و انتقال جرم در داربست‌ها می‌شود، در حالی که سفتی مکانیکی آن‌ها کاهش می‌یابد. همچنین میزان افت فشار و مدول الاستیسیته در درصد تخلخل‌های 60 تا 80 برای هر داربست متفاوت بوده و بستگی به عواملی همچون هندسه سطوح و پیچیدگی ساختاری هر داربست دارد. از میان داربست‌هایی که مورد بررسی قرار گرفتند داربست با ساختارTruncatedCube بهترین عملکرد را از نظر قابلیت انتقال جرم و سفتی از خود نشان داد و ساختار Weaire-Phelan به دلیل پیچیدگی و غیر یکنواختی هندسه از نظر انتقال جرم در مقایسه با دیگر ساختارها رفتار ضعیف‌تری از خود نشان داد و به دلیل حساسیت شدیدتر مدول الاستیسیته‌اش نسبت به تغییرات درصد تخلخل‌، در مقایسه با سایر سختارها افت سفتی مکانیکی آن با افزایش تخلخل، بیش‌تر بود. در درصد تخلخل‌های 60، 70 و 80 مدول الاستیسیته ساختار TruncatedCube به ترتیب 254/6، 180/1 و 75/7 مگاپاسکال  و افت فشار آن 93، 54 و 33 میلی‌پاسکال بود که به معنی بیش‌ترین استحکام مکانیکی و بهترین قابلیت انتقال جرم در میان ساختارها بود. ساختار Weaire-Phelan  افت فشار 288، 168 و 182 میلی‌پاسکال را در درصدهای 60، 70 و میانگین  تجربه کرد که بیش‌ترین افت فشار در میان ساختارها بود.  تحلیل هم‌زمان داده‌های تجربی و شبیه‌سازی‌های عددی، محدوده‌‌ مناسب از تخلخل و هندسه داربست را بسته به کاربرد مورد نیاز مشخص کرد که تعادلی بین مقاومت مکانیکی و کارایی زیستی برقرار می‌سازد. نتایج نشان داد انتخاب نوع داربست و درصد تخلخل باید به صورت هدف محور انجام شود. یافته‌های این تحقیق می‌تواند به‌عنوان راهنمایی مؤثر در طراحی داربست‌های استخوانی با عملکرد بهینه در مهندسی بافت مورد استفاده قرار گیرد.

واژه‌های کلیدی : داربست‌های استخوانی - استحکام مکانیکی – قابلیت انتقال جرم - چاپ سه بعدی - فیلامنت پلی‌لاکتیک اسید