روشي ساده و موثر براي تقويت خواص مكانيكي داربست هاي كلاژني به كمك پرتودهي با فرابنفش

A Simple and Efficient Method to Improve Mechanical Properties of Collagen Scaffolds by UV Irradiation

كلاژن جز عمده پروتييني بافت هاي غضروف، استخوان، پوست و بافت هم بند و نيز بخش عمده ماتريس خارج سلولي است. كلاژن نوع I ساختار پيچيده اي دارد، بدين ترتيب كه از سه زنجير پلي پپتيدي تشكيل شده كه به دور هم پيچيده و ساختار مارپيچ ميله اي شكلي را مي سازند. كلاژن زيست ماده مهمي در بسياري از كاربردهاي مهندسي بافت به شمار مي رود و مي تواند به شكل هاي مختلفي مانند ژل، فيلم، اسفنج و فيبر ساخته شود. از اين پليمر به دليل خواص ايمني زايي كم و ارتقاي رشد سلولي، به طور معمول به عنوان داربست براي مهندسي بافت استفاده مي شود. متاسفانه، خواص مكانيكي ضعيف و سرعت تخريب رياد داربست هاي كلاژني منجر به ناپايداري آن مي شود و كاركردن با آن را مشكل مي سازد. با ايجاد اتصالات عرضي در كلاژن، پايداري ساختاري و سرعت تخريب آن را مي توان با توجه به نيازهاي مربوط تنظيم كرد. استحكام، سرعت جذب و زيست سازگاري زيست مواد كلاژني بسيار متاثر از روش و مقدار شبكه اي كردن آنهاست. در اين مطالعه، اثر پرتودهيUV بر داربست هاي كلاژني بررسي شد. داربست هاي كلاژني با روش خشكاندن انجمادي و در دماي انجماد °C80- ساخته شدند، سپس در معرض پرتودهي UV قرار گرفتند. اندازه تخلخل ميانگين داربست ها با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكترون پويشي m? 51/14±52/98 به دست آمد. داربست هايي كه براي min 15 به كمك UV در nm 254 پرتودهي شدند، بيشترين استحكام كرنشي (% 98/0±37/17)، مدول يانگ (MPa 15/0±67/1) و بيشينه بار (cN 38/2±47/24) را داشتند. از آن جا كه شكست جزيي ساختار كلاژن طبيعي بر چسبندگي، مهاجرت و تكثير سلول ها روي داربست اثر مي گذارد، زنجير هاي كلاژن با روش رنگ نگاري SDS-Page بررسي شدند كه در نهايت پس از پرتودهي زنجير تخريب شده اي مشاهده نشد. در اين مطالعه، پرتودهي UV به عنوان روشي سريع، آسان و قابل كنترل براي افزايش استحكام مكانيكي داربست هاي كلاژني، بدون اثر تخريبي روي آنها معرفي شد.

Collagen is the major protein component of cartilage, bone, skin and connective tissue and constitutes the major part of the extracellular matrix. Collagen type I has complex structural hierarchy, which consists of tree polypeptide ?-chains wound together in a rod-like helical structure. Collagen is an important biomaterial, finding many applications in the field of tissue engineering. It has been processed into various shapes, such as, gel, film, sponge and fiber. It is commonly used as the scaffolding material for tissue engineering due to its many superior properties including low antigenicity and high growth promotion. Unfortunately, poor mechanical properties and rapid degradation rates of collagen scaffolds can cause instability and difficulty in handling. By crosslinking, the structural stability of the collagen and its rate of resorption can be adapted with respect to its demanding requirements. The strength, resorption rate, and biocompatibility of collagenous biomaterials are profoundly influenced by the method and extent of crosslinking. In this study, the effect of UV irradiation on collagen scaffolds has been carried out. Collagen scaffolds were fabricated using freeze drying method with freezing temperature of -80oC, then exposed to UV irradiation. Mean pore size of the scaffolds was obtained as 98.52±14.51 ?m using scanning electron microscopy. Collagen scaffolds exposed to UV Irradiation (254 nm) for 15 min showed the highest tensile strain (17.37±0.98 %), modulus (1.67±0.15 MPa) and maximum load (24.47±2.38 cN) values. As partial loss of the native collagen structure may influence attachment, migration, and proliferation of cells on collagen scaffolds, we detected no intact ?-chains after SDS-Page chromatography. We demonstrate that UV irradiation is a rapid and easily controlled means of increasing the mechanical strength of collagen scaffolds without any molecular fracture.