ساخت و بررسي خواص داربست استخواني كامپوزيتي بر پايه نانوالياف پلي‌كاپرولاكتون و فيبروئين ابريشم سولفونه

Preparation and Characterization of Composite Bone Scaffold Based on Polycaprolactone and Sulfonated Silk Fibroin Nanofibers

هدف از اين پژوهش، ساخت و بررسي خواص داربست نانوليفي از پلي‌كاپرولاكتون- فيبروئين ابريشم سولفونه براي كاربردهاي مهندسي بافت استخوان است. بدين‌منظور، فيبروئين ابريشم، بعد از تخليص از پيله ابريشم، با استفاده از پيريدين و كلروسولفونيك‌ اسيد، سولفونه شد. سپس، مقدار مشخصي از فيبروئين ابريشم سولفونه، با پلي‌كاپرولاكتون مخلوط و با ولتاژ 11 كيلوولت و سرعت 0/4 ميلي‌ليتر بر ساعت الكتروريسي شد. آزمون­ هاي مختلفي مانند بررسي تركيب شيميايي، ساختار، زيست‌فعالي، سمّيت و چسبندگي سلولي انجام شد. با بررسي طيف‌سنجي تبديل فوريه فروسرخ، مشخص شد كه گروه‌هاي سولفاتي و سولفوناتي، با موفقيت، در ساختار فيبروئين ابريشم ايجاد شده‌اند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، حاكي از تشكيل ساختاري ليفي‌شكل با الياف پيوسته و بدون گره در تركيبات الكتروريسي شده بود. افزودن فيبروئين ابريشم سولفونه‌شده به پلي‌كاپرولاكتون، سبب كاهش قطر الياف از 244 نانومتر به 138 نانومتر شد. همچنين، نتايج نشان داد كه ميزان جذب آب در داربست‌ پلي‌كاپرولاكتون، براثر افزودن فيبروئين ابريشم سولفونه، به ترتيب از 12/4 درصد به 167 درصد افزايش يافته ‌است. نتايج به‌دست‌آمده از آزمون‌هاي زيست‌فعالي و كشت سلولي حاكي از آن بود كه فيبروئين ابريشم سولفونه، سبب رسوب لايه كلسيم فسفات آپاتيتي و همچنين، بهبود تكثير و چسبندگي سلولي در الياف پلي‌كاپرولاكتون شده است.

The objective of this study was to fabricate and characterize the characteristics of polycaprolactone-sulfonated silk fibroin nanofibrous scaffold for bone tissue engineering applications. Thus, after extraction of silk fibroin (SF) from from Bombyx mori cocoons, silk fibroin (SF) was sulfonated using chlorosulfonic acid and pyridine. Afterwards, a certain amount of sulfonated SF was mixed with polycaprolactone (PCL) solution, and then electrospinning was done using 11 kV high voltage and feeding rate 0.4 mL/h. Various characterization tests were applied to analyze such items such as the structure, chemical composition, bioactivity, cellular attachment, and viability. Fourier transform infrared spectroscopy analyses proved the successful incorporation of sulfate and sulfonate groups in SF structure. The scanning electron microscope shows the formation of continuous and beadless fibers. The average fiber diameter in polycaprolactone nanofibers reduced from 244 nm to 138 nm with the addition of sulfonated SF. Moreover, the water uptake of PCL nanofibers improved from 12.4 % to 167 % after the addition of sulfonated silk fibroin to polycaprolactone. The results of bioactivity and cell culture experiments indicated that sulfonated SF promotes apatitic calcium phosphate deposition and also enhances cellular attachment and viability of PCL nanofibers.