Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

بررسی آزمایشگاهی و شبیه سازی محاسباتی برهمکنش هیدروژل های ژلاتین- کربوکسی متیل سلولز و سلول های پوست در جهت ترمیم زخم

نوع مقاله : ویژه‌نامه‌ی بیومکانیک بافت (پاییز 1403)

نویسندگان

1 دانشجو/دانشگاه تهران

2 دانشیار/دانشگاه تهران

3 دانشگاه علوم پزشکی ایران

چکیده
ترمیم زخم یکی از مسائل مهم در پزشکی بازساختی می‌باشد. زخم پوش‌ها از ابزارهای مورد استفاده در این بستر می‌باشند. زخم پوش‌های سنتی توانایی زیست سازگاری مناسب و نیز برهم-کنش مورد نیاز برای ترمیم زخم را دارا نیستند. لذا نیاز است تا زخم پوش‌های نوین با خاصیت اکسیژن رسانی مناسب سنتز شوند. هدف این تحقیق، سنتز و بررسی خواص و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی هیدروژل ژلاتین/ کربوکسی متیل سلولز کراس لینک شده توسط آنزیم پروکسادایز و شبیه سازی نرخ انتقال جرم از هیدروژل به سطح پوست می‌باشد. سنتز این هیدروژل توسط اتصال دو عامل ژلاتین و کربوکسی متیل سلولز به‌وسیله‌ی فنول دار کردن آن ها انجام شد و این دو پلیمر با نسبت‌های متفاوت برای سنتز هیدروژل به‌کار گرفته شدند. با افزودن مقادیر مختلفی از کربوکسی متیل سلولز به ژلاتین، نتایج مختلفی در تست‌های میزان تورم، زمان ژل شدن، خواص رئولوژی و استحکام فشاری مورد بررسی قرار گرفت. زنده‌مانی سلول، ترشح کلاژن و چسبدگی سلول توسط سلول‌های فیبروبلاست 3T3 مورد ارزیابی قرار گرفت. شبیه‌سازی محاسباتی با استفاده از روش اجزای محدود انجام گرفت و نرخ انتقال اکسیژن به پوست که عاملی تعیین کننده در بهبود زخم می‌باشد، در یافتن غلظت بهینه‌ی کلسیوم پراکساید مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی به‌دست آمده نشان داد که نمونه با ترکیب 70 درصد کربوکسی متیل سلولز و 30 درصد ژلاتین بیشترین توانایی در ترمیم زخم را دارد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که بیشترین میزان اکسیژن رسانی در لایه‌ی اپیدرم پوست در حالت طبیعی اکسیژن رسانی در بدن 30×〖10〗^(-15) mol/m3 است. این درحالی است که در هیدروژلی با کمترین میزان اکسیژن‌رسانی (در غلظت کلسیوم پراکسایدmg 1/0) این عدد mol/m3 8×〖10〗^(-2) به‌دست آمد. این اختلاف چشم‌گیر نشان از تاثیرگذاری قابل توجه این نوع هیدروژل در زمینه اکسیژن رسانی و در نهایت ترمیم زخم دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental study and computational simulation of interaction between Gelatin-Polysacharide hydrogels and skin tissue cells for wound healing purposes

نویسندگان English

Amir Mohammad Danesh Pajooh 1
Bahman Vahidi 2
Mehdi Khanmohammadi 3
1 MSc, University of Tehran
2 Associate professor/University of Tehran
3 Iran University of Medical Sciences
چکیده English

Biomimetic hydrogels have been developed to fabricate multifunctional microenvironments for cell culture and tissue fabrication. In the current study, different compositions of gelatin (GA) and carboxymethylcellulose (CMC) synthesized via electrostatic interaction. To increase the interaction between these components phenol moieties were substituted on the backbone of GA (GelaPH) and CMC (CMCPH) via carbodiimide-mediated condensation reaction, and then subjected to enzymatic cross-linking in the presence of horseradish peroxidase and calcium peroxide as an electron donor to create a stable hybrid microenvironment for cell encapsulation and tissue engineering. The gelation time and swelling ration, mechanical strength of hydrogels reduced with increasing CMCPH content. On the other hand mechanical propertise like loss modulus (G'), storage modulus (G'') and compression strength increased by the incorpration of CMC. Computational simulation was performed using the finite element method, and the rate of oxygen transfer to the skin, which is a determining factor in wound healing, was investigated to find the optimal concentration of calcium peroxide. Results show that although, samples with higher concentration of CMCPH had lower percentage of cell viability, they had shorten period of healing procedure. Computational study shows that the exitance of calcium peroxide could bring oxygen releasing properties in syntheiszed hydrogels. The hydrogel including 1mg of CaO2 has the highest oxygen releasing proprties in comparison with other hydrogels, however, the formation of oxygen bubbles decreases the mechanical strength of the hydrogel. Thus, the hydrogel with 0.5mg of CaO2 is considerd as the optimum concentration of calcium peroxide in hydrogels . Overall, the results suggest that the optimum hybrid hydrogel can provide a superior biological microenvironment for fibroblasts in three-dimensional skin tissue engineering.

کلیدواژه‌ها English

wound dressing
polysaccharide
computational simulation
wound healing
injectable hydrogels
دوره 19، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 187-203

  • تاریخ دریافت 17 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 27 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 18 فروردین 1404