اثر نمك بر رفتار ژل‌شدن داربست‌ نانوكامپوزيتي تزريق‌پذير بر پايه هيدروكسي‌پروپيل ‌متيل‌سلولوز و نانوذرات هيدروكسي آپاتيت - تري‌كلسيم‌فسفات

Effect of Salt on Gelation Behavior of Injectable Nanocomposite Scaffold Based on Hydroxypropyl Methylcellulose and Hydroxyapatite/Tricalcium

تركيبات سلولوزي پليمرهاي زيست‌سازگارند كه در تهيه ژل‌هاي تزريق‌پذير براي ترميم بافت استخوان استفاده مي‌شوند. هيدروژل‌هاي تهيه شده از اين پليمرها به‌طور عمومي استحكام كافي را براي كاربرد در مهندسي بافت نيز دارند. براي افزايش استحكام و نيز بهبود استخوان‌زايي اين داربست‌ها از تركيبات كلسيم فسفات استفاده مي‌شود. در اين مطالعه، از هيدروژل ‌هيدروكسي‌پروپيل ‌متيل‌سلولوز به‌عنوان ماتريس پليمري و مواد معدني كلسيم فسفاتي شامل B-تري‌كلسيم فسفات و هيدروكسي آپاتيت براي بهبود خواص هيدروژل‌ استفاده شد. B-تري‌كلسيم فسفات با شكل‌شناسي صفحه‌اي به روش رسوب‌گيري شيميايي سنتز و با ميكروسكوپي الكتروني پويشي تا‌‌ييد شد. به علت بيشتربودن دماي تشكيل ژل هيدروكسي‌پروپيل ‌متيل‌سلولوز نسبت به دماي بدن، از نمك سديم سولفات در غلظت‌هاي مختلف براي تنظيم دماي تشكيل ژل استفاده شد. دماي ابري‌شدن نمونه‌ها با استفاده از طيف‌بيني UV-Vis و دماي ژل‌شدن آنها به روش ريومتري معين شد. تزريق‌پذيري نمونه‌هاي حاوي مقادير مختلف از فاز معدني نيز با استفاده از دستگاه آزمون عمومي اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد، به دليل اثر هوفميستر دماي ابري و ژل‌شدن نمونه‌ها با افزايش غلظت نمك كاهش مي‌يابد. همچنين نتايج ريومتري نشان داد، B-تري‌كلسيم فسفات نسبت به هيدروكسي آپاتيت دماي تشكيل ژل را به‌طور موثرتري كاهش و نيز مدول و گرانروي را افزايش مي‌دهد. هيدروژل‌هاي هيدروكسي‌پروپيل‌ متيل‌سلولوز شامل نانوذرات تري‌كلسيم فسفات و هيدروكسي آپاتيت در دماي محيط تزريق‌‌پذيرند. با توجه به نتايج به دست آمده، هيدروژل‌هاي تهيه شده از ماتريس پليمري هيدروكسي‌پروپيل‌ متيل‌سلولوز و نانوذرات B-تري‌كلسيم فسفات و هيدروكسي آپاتيت مي‌توانند انتخاب مناسبي براي داربست‌هاي تزريق‌پذير به بدن باشند.

Biocompatible cellulosic polymer hydrogels are used in in-situ forming injectable scaffolds for bone regeneration. The hydrogels, however, generally suffer from their inherent weak mechanical properties. Calcium phosphate particles are used to enhance the mechanical strength and to improve the bone tissue regeneration capability of the scaffolds. In this study, hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) was utilized as a polymeric matrix and B-tricalcium phosphate (B-TCP) and hydroxyapatite (HAp) nanoparticles were used to improve the mechanical properties. B-TCP Nanoparticles with plate-like morphology was synthesized through a wet chemical precipitation method. The morphology of the particles was confirmed using scanning electron microscope (SEM). Because the gelation temperature of the HPMC solution was above the temperature of normal human body, different concentrations of sodium sulphate (Na2SO4) were incorporated into the HPMC solutions to examine and adjust the gelation temperature. The cloud point and gelation temperature of the hydrogels were measured using UV/Vis spectroscopy and oscillatory rheometry, respectively. The injectability of the hydrogels, with different inorganic contents, was also measured using a universal testing machine. The results indicated that the cloud point and the gelation temperature of the hydrogels dropped with increase in the sodium sulphate concentration due to Hofmeister effect. The rheology measurements also revealed that B-tricalcium phosphate was more effective than hydroxyapatite in reducing the gelation temperature and enhancement of the modulus and viscosity of the hydrogels. The HPMC hydrogels containing B-tricalcium phosphate and hydroxyapatite nanoparticles were injectable at room temperature. The hydrogels based on HPMC matrix and the calcium phosphate nanoparticles provided promising hydrogels applicable as in-situ forming injectable scaffolds.