چکیده
نانوفیبریل های آلژینات و سلولز (CNF) مواد جذابی برای مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی هستند. ژلهای CNF عموماً ضعیفتر و تردتر از ژلهای آلژینات هستند در حالیکه ژلهای آلژینات کشسان هستند و مقاومت شکست بالایی دارند. خصوصیات آلژینات به میزان گلورونان و مانورونان و طرح توالی و وزن مولکولی آنها بستگی دارد. همچنین، CNF با کیفیتهای مختلف وجود دارد که خصوصیاتشان بستگی به عواملی مانند مورفولوژی و چگالی بار دارد. در این مطالعه، ترکیب سه نوع آلژینات با ترکیب متفاوت و دو نوع CNF با بار و درجه فیبریلاسیون متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. ارزیابی ژل های کامپوزیتی آشکار ساخت که خصوصیات جذابی مانند مقاومت شکست بالا، تراکم پذیری بالا، صلبیت ژل بالا در تغییرشکل های کوچک (مدول یانگ) و هم فشردگی کم در مقایسه با ژل های خالص بدست آمد. این آثار با مقادیر نسبی CNF و آلژینات، نوع آلژینات، و کیفیت CNF تغییر کرد. بیشترین آثار با ترکیب CNF اکسیدشده با آلژینات بدست آمد. بنابراین، با ترکیب دو زیستپلیمر در ژلهای کامپوزیتی، میتوان مقاومت شکست، مدول یانگ، هم فشردگی و پایداری محلول نمکی فیزیولوژیکی را تنظیم کرد که همه خصوصیات مهمی هستند که در کاربرد داربست ها برای مهندسی بافت نقش دارند.
-1مقدمه
اخیراً مواد کامپوزیتی نانوفیبریل های سلولز (CNF) و آلژینات نتایج نویدبخشی در کاربردهای مهندسی بافت و چاپ زیستی نشان داده اند [1 – 3]. به ویژه، خصوصیات باریکشدگی برشی CNF در ترکیب با آلژینات ویسکوز که هیدروژل هایی با کاتیونهای دوظرفیتی در شرایط فیزیولوژیکی برای چاپ زیستی جذاب هستند [1].
آلژینات ها، کوپلیمرهای خطی از آلفا – ال – گلورونیک اسید (G) و بتا – دی – مانورونیک اسید (M) با پیوند 1 à4 هستند. مونومرها، به صورت یک طرح بلوکی در راستای زنجیره آرایش یافتهاند که نواحی M و G دارند که بلوک های M و G نامیده میشوند و در فواصل آنها نواحی از ساختار متناوب (بلوک های MG) وجود دارد [4]. آلژینات، با اتصال عرضی به کاتیونهای دوظرفیتی، هیدروژل هایی را شکل می دهد که در آن، بلوکهای G و همچنین MG در تعیین خصوصیات ژل حاصل، حائز اهمیت هستند [5، 6]. هیدروژل های آلژینات را میتوان تحت شرایط فیزیولوژیکی بازتولید کرد [7، 8]. این امر همراه با پروفایل ایمونوژنیک پایین [9]، سبب می شود که این مواد، مواد محبوبی برای کاربردهای زیستپزشکی و به ویژه مهندسی بافت باشند [10]. سلولز، تکیه گاه ساختاری در دیوارههای سلولی گیاهان ایجاد می کند و میتوان آن را به صورت فیبرها یا فیبریل های نانومقیاس سلولز پردازش کرد که سلولز نانوفیبریل (CNF) نامیده می شود. رویکردهای مختلف برای تهیه CNF از سلولز وجود دارد که در میان آنها، اکسایش به واسطه رادیکال 2، 2، 6، 6 – تترامتیلپیپریدین – 1 – اکسیل (TEMPO) با استفاده از سدیم هیپوکلریت به عنوان اکسنده [11] یک روش مناسب است. در این روش، گروه های آلدهید و کربوکسیل روی سطح فیبریل های سلولز ایجاد میشوند و بار منفی فیبریل را افزایش می دهند. پخش آبی CNF مشخصه ژل مانندی در غلظت های کم دارد (تقریباً 0.5%) که به کم درهم تنیدگی فیبریل و پیوندهای هیدروژنی در کنار هم نگهداشته می شود. هیدروژل های CNF را میتوان به کمک کاتیونهای تکظرفیتی یا ظرفیت بالاتر تولید کرد [12] که در آن، ژل هایی با یون های ظرفیت بالاتر، ژل های قویتر تولید می کنند [12، 13]…
Abstract
Alginate and cellulose nanofibrils (CNF) are attractive materials for tissue engineering and regenerative medicine. CNF gels are generally weaker and more brittle than alginate gels, while alginate gels are elastic and have high rupture strength. Alginate properties depend on their guluronan and mannuronan content and their sequence pattern and molecular weight. Likewise, CNF exists in various qualities with properties depending on, e.g., morphology and charge density. In this study combinations of three types of alginate with different composition and two types of CNF with different charge and degree of fibrillation have been studied. Assessments of the composite gels revealed that attractive properties like high rupture strength, high compressibility, high gel rigidity at small deformations (Young’s modulus), and low syneresis was obtained compared to the pure gels. The effects varied with relative amounts of CNF and alginate, alginate type, and CNF quality. The largest effects were obtained by combining oxidized CNF with the alginates. Hence, by combining the two biopolymers in composite gels, it is possible to tune the rupture strength, Young’s modulus, syneresis, as well as stability in physiological saline solution, which are all important properties for the use as scaffolds in tissue engineering