ساخت و مشخصه يابي نانوذرات هوشمند پلي ان ايزوپروپيل اكريل آميد حاوي فاكتور رشد اندوتليال عروقي براي القاي رگ زايي در سلول هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از مغز استخوان انساني

Preparation and Characterization of Smart Poly (N-Isopropylacrylamide) Nanoparticles Containing Vascular Endothelial Growth Factor for Induction of Angiogenesis in Human Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells

اهداف: يكي از چالش‌هاي اصلي در مهندسي بافت، رهايش فاكتورهاي رشد با سرعت و غلظت مشخص به سلول‌ها است. هدف اين پژوهش، ساخت و مشخصه‌يابي نانوذرات هوشمند پلي-‌ان-‌ايزوپروپيل‌آكريل‌آميد حاوي فاكتور رشد اندوتليال عروقي براي القاي رگ‌زايي در سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از مغز استخوان انساني بود. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش تجربي، نانوذرات پليمر هوشمند PNIPAM، به روش پليمريزاسيون راديكالي، با دو فرمولاسيون (سامانه) مختلف استفاده شدند. براي بارگذاري فاكتور رشد اندوتليالي عروقي، دو روش نانورسوبي و نفوذ براي فرمولاسيون‌ها انجام شد. اثر رهايش فاكتور رشد اندوتليالي عروقي بر تمايز به اندوتليالِ سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از مغز استخوان انساني در محيط رگ‌زايي، استخواني و محيطي شامل50% از هر دو محيط رگ‌زايي و استخواني مورد بررسي قرار گرفت. تجزيه و تحليل آماري با استفاده از بسته نرم‌افزار GraphPadPrism 6 انجام شد. يافته‌ها: روش نانورسوبي به‌دليل استفاده از حلال آلي ان‌-ان-‌دي‌متيل‌استاميد، موجب تخريب ساختار پليمر شد. پس از 72 ساعت حدوداً 70% فاكتور رشد از پليمر آزاد شد. رهايش 10نانوگرم بر ميلي‌ليتر فاكتور رشد اندوتليالي عروقي از سامانه نانوذرات هوشمند PNIPAM، در محيط دوبعدي با حضور سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي با دانسيته سلولي 104×3 و محيط كشت تمايز استخواني، پس از 7 روز، منجر به تمايز به اندوتليال، تشكيل حلقه‌هاي شبه‌مويرگي و بيان 20درصدي ماركر اندوتليالي vWF شد. نتيجه‌گيري: نانوذرات تهيه‌شده، قابليت بارگذاري و رهايش فاكتور رشد براي القاي پديده رگ‌زايي در سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق از مغز استخوان در محيط كشت تمايز استخواني را دارند.

Aims Growth factor (GFs) delivery with the certain concentration and release kinetic is one of the main challenges in tissue engineering. The aim of this study was the preparation and characterization of smart poly (N-isopropylacrylamide) nanoparticles containing vascular endothelial growth factor for induction of angiogenesis in human bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Materials & Methods In this exprimental study, two different formulations of temperaturesensitive Poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) nanoparticles (NPs) were synthesized by free radical polymerization technique. Nanoprecipitation and diffusion methods were used to load the vascular endothelial growth factor (VEGF) in PNIPAM NPs. The effects of released VEGF on the differentiation of human bone marrow stem cells (hBMSCs) into endothelial cells in angiogenic, osteogenic, and 50% angiogenic-osteogenic culture medium were investigated, using flow cytometry and light microscope. Statistical analysis was performed, using the GraphPad Prism 6 software. Findings The nanoprecipitation process caused polymer degradation due to using the organic N, N-Dimethylacetamide solvent. The cumulative VEGF released after 72hours for 70%. A total of 10ng/ml VEGF released from PNIPAM nanoparticles, in 2D culture with cell density of 3×104 hBMSCs, after 7 days, leading to the endothelial differentiation, capillary-like tube formation, and expression of 20% vWF as angiogenic marker. Conclusion The PNIPAM NPs have the potential to load and release the angiogenic GFs for induction of angiogenesis in hBMSCs and in osteogenic medium.