طراحی و مدل سازی داربست نخ هیبریدی ابریشم/پلی3-هیدروکسی بوتیرات جهت مهندسی بافت تاندون و لیگامنت

روش¬های درمانی جراحات تاندون و لیگامنت به عنوان یکی از شایع¬ترین جراحات وارده بر بدن به خصوص در میان افراد جوان از اهمیت زیادی برخوردار است. به غیر از روش¬های درمانی رایج در استفاده از گرافت¬های بیولوژیکی و مصنوعی، انواع روش¬های مهندسی بافت روش نوید بخش¬تری در شبیه¬سازی بافت تاندون و لیگامنت طبیعی ارائه می¬کنند. هدف از انجام این تحقیق، طراحی و مدل¬سازی داربست نخ هیبریدی تاب¬دار متشکل از الیاف ابریشم و p3hb در مهندسی بافت تاندون و لیگامنت می¬باشد. به منظور مدل-سازی، بهینه¬سازی و شبیه¬سازی رایانه¬ای رفتار مکانیکی داربست نخ تاب¬دار چند لایه، از روش پیش¬بینی شبکه عصبی، بهینه¬سازی الگوریتم ژنتیک و شبیه¬سازی اجزاء محدود استفاده شده است. در ابتدا براساس روش نمونه¬گیری تاگوچی و متغیر¬های تعداد فیلامنت¬های ابریشم و میزان تاب در هر لایه از نخ تاب¬دار 4 لایه، نمونه¬گیری انجام و خواص مکانیکی اندازه¬گیری شد. در ادامه با استفاده از الگوریتم آموزش انتشار خطای پس¬رو، بهترین ساختار شبکه عصبی با یک لایه میانی، 8 نرون در لایه ورودی، 8 نرون در لایه میانی، 3 نرون در لایه خروجی، توابع انتقال تانژانت هایپربولیک، سیگموئیدی و خطی با نرخ آموزش 01/0 با توجه به خطای کمتر شبکه انتخاب شد. با کمک شبکه عصبی فوق، بهینه¬سازی الگوریتم ژنتیک با حدود 10% خطا در پیش¬بینی خواص مکانیکی و ارائه بهترین ساختار نخ تاب¬دار نزدیک به خواص مکانیکی بافت تاندون و لیگامنت هدف طراحی گردید. با شبیه¬سازی رایانه¬ای اجزاء محدود تغییرات تنش و کرنش ساختار تشکیل دهنده نخ تاب¬دار بررسی شد. در ادامه نخ هیبریدی تاب¬دار، متشکل از الیاف الکتروریسی شده پلی(3-هیدروکسی بوتیرات) (p3hb) و میکرو الیاف ابریشم طراحی گردید. به این منظور در ابتدا شرایط بهینه الکتروریسی پلیمر p3hb با 5% غلظت محلول پلیمری، 10 کیلو¬ولت اختلاف ولتاژ ، 20 سانتیمتر فاصله ریسندگی و 5/0 میلی¬لیتر بر ساعت نرخ تغذیه به دست آمد. در شرایط بهینه الکتروریسی قطر متوسط الیاف 1271 نانو¬متر اندازه¬گیری شد. با پوشش¬دهی الیاف الکتروریسی شده بر سطح فیلامنت¬های ابریشمی و استفاده از یک مرحله تابندگی بعد از مرحله پوشش¬دهی، نخ هیبریدی به دست آمد. با استفاده از آنالیز طیف¬سنجی مادون قرمز عدم ایجاد برهم¬کنش جدید بین دو جزء ابریشم و p3hb در یک ترکیب نخ هیبریدی بررسی شد. در آخر ارزیابی سلول سازگاری داربست¬های هیبریدی و غیر¬هیبریدی با استفاده از سلول¬های فیبروبلاست l929 به روش مستقیم و غیر¬مستقیم انجام و عدم سمیت سلولی داربست¬ها اثبات شد. رشد سلولی بهتر داربست هیبریدی در روز سوم در مقایسه با داربست غیر¬هیبریدی بیانگر تاثیر مثبت الیاف الکتروریسی شده در ساختار می¬باشد.