مطالعه خصوصیات بیولوژیکی، ترکیبی و توپوگرافی سطحی داربست گرانوله هیدروکسی آپاتیت/ پوسته تخم شتر مرغ برای مهندسی بافت استخوان

الموضوعات : فصلنامه زیست شناسی جانوری

فریده اله گاهی ¹ , اسماعیل فتاحی ² , محسن سعیدی ³ , میر محمود مرتضوی رودمیانه ⁴

1 - گروه زیست شناسی، واحد آیت ا... آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
2 - گروه زیست شناسی، واحد آیت ا... آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
3 - مرکز تحقیقات سلول بنیادی ، دانشگاه علوم پزشکی گلستان، گرگان، ایران
4 - گروه تحقیقاتی بیومدیکال، انیستیتوی پژوهشی چیترا، دانشگاه پزشکی کرالاSCTIMST ، تیرو وانانتاپورام، هندوستان

تاريخ الإرسال : 19 الخميس , ربيع الأول, 1442 تاريخ التأكيد : 08 الخميس , جمادى الثانية, 1442 تاريخ الإصدار : 10 السبت , شوال, 1442

الکلمات المفتاحية: شترمرغ, مهندسی بافت, داربست هیدروکسی آپاتیت, پوسته تخم, سلول شبه فیبرو بلاستی,

ملخص المقالة :

هدف از این مطالعه بررسی شکل هندسی و توانایی این داربست در ترکیب با سلول مزانشیمی و شبه فیبرو بلاستی و سنجش واکنش سمیت آن نسبت به سلول می باشد. بدین لحاظ چند نسبت متفاوت از داربست هیدروکسی آپاتیت/ پوسته تخم شتر مرغ ایجاد گردید تا بتوان خصوصیات سطحی و پاسخگویی سلول را نسبت به انواع مختلف ترکیبی هیدروکسی آپاتیت/پوسته تخم شتر مرغ (OsE/HA) (نسبت های 0-1، 1-2، 1-1، 2-، 1-0) سنجید. بیومتریال های طبیعی منجمله پوسته تخم شترمرغ که دارای مواد معدنی مثل کربنات کلسیم نقش عمده ای در ساخت داربست مربوط به بافت های سخت و تحقیقات امروزه را ایفا می کنند. مشخصه یابی سطحی با استفاده از SEM و خصوصیات ترکیبی داربست بوسیله XRD و FTIR مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت برای کاربرد این ترکیب در بافت های بیولوژیکی تست تماس مستقیم (سمیت) به همراه سلول های شبه فیبروبلاستی (L929) انجام گرفت. بعد از تست سمیت داربست آماده تست های درون آزمایشگاهی (اینویترو) پذیرش سلول های بنیادی مزانشیمی جدا شده از بافت چربی خرگوش سفید نیوزیلندی (RADMSCs) می گردد. نتایج این پژوهش نشان داد که این داربست دارای بهترین زیست سازگاری و بیشترین لاکوناهای سطحی برای جذب سلول به خود در گروه هیدروکسی آپاتیت/ پوسته تخم شتر مرغ با نسبت 2-1 می باشد و این ترکیب بیومتریال طبیعی با مواد سنتتیک می تواند در پیشبرد مهندسی بافت استخوان کاربرد فراوان داشته باشد.

المصادر:

1. Achatz Felix P., Richard Kujat, Christian G. Pfeifer, Matthias Koch, Michael Nerlich, Peter Angele, and Johannes Zellner. 2016. In Vitro testing of scaffolds for mesenchymal stem cell-based meniscus tissue engineering-introducing a new biocompatibility scoring system. Materials, 9(4): 27-39.


2. Almouemen N., Kelly H.M., O’Leary C. 2019. Tissue Engineering: Understanding the Role of Biomaterials and Biophysical Forces on Cell Functionality Through Computational and Structural Biotechnology Analytical Methods. Computational and Structural Biotechnology Journal, 17: 591-598.


3. Al-Munajjed A.A. 2009. Development of a Biomimetic Collagen-Hydroxyapatite Scaffold for Bone Tissue Engineering Using a SBF Immersion Technique. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials, 90(2): 184-191.


4. Anashar Ahmad A., Daoud A. 2019. Evaluation of the Activity of Hen Eggshell Graft in Experimentally Induced Mandibular Defects in Rabbits: Pilot Study. International Journal of Research in Medical Sciences, 7(4): 1133-39.


5. Arias J.I., Gonzalez A., Fernandez M.S., Gonzalez C., Saez D., Arias J.L. 2008. Eggshell Membrane as a Biodegradable Bone Regeneration Inhibitor. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2(4): 228-35.


6. Azami M., Jalilifiroozinezhad S, Mozafari M, Rabiee M. 2011. Synthesis and Solubility of Calcium fluoride/hydroxy-fluorapatite nanocrystals for Dental Applications. Ceramics International, 37(6): 27-38.


7. Caliman L B., Nicodemos da Silva S., Accordi Junkes J., Possamai Della Sagrillo V., 2017. Ostrich Eggshell as an Alternative Source of Calcium Ions for Biomaterials Synthesis. Materials Research, 20(2): 13-27.


8. Chen X., Li X., He Z., Hou Z., Xu G., Yang N., Zheng J. 2019. Comparative Study of Eggshell Antibacterial Effectivity in Precocial and Altricial Birds Using Escherichia Coli. PLOS ONE, 14(7): 22-31.


9. Daniel M., Martin A.D., Drinkwater D.T. 1992. Cigarette Smoking, Steroid Hormones, and Bone Mineral Density in Young Women. Calcified Tissue International, 50(4): 300-305.


10. Dupoirieux L. 1999. Ostrich Eggshell as a Bone Substitute: A Preliminary Report of Its Biological Behaviour in Animals–a Possibility in Facial Reconstructive Surgery. The British journal of oral and maxillofacial surgery, 37(6): 67-79.


11. Einhorn T.A., Gerstenfeld L.C. 2015. Fracture Healing: Mechanisms and Interventions. Nature reviews. Rheumatology, 11(1): 45-54.


12. Fernandez de Grado, Gabriel, Laetitia Keller, Ysia Idoux-Gillet, Quentin Wagner, Anne-Marie Musset, Nadia Benkirane-Jessel, Fabien Bornert, and Damien Offner. 2018. Bone Substitutes: A Review of Their Characteristics, Clinical Use, and Perspectives for Large Bone Defects Management. Journal of Tissue Engineering, 9: 68-77.


13. Garrison K.R., Donell S., Ryder J., Shemilt I., Mugford M., Harvey I., Song F. 2007. Clinical Effectiveness and Cost-Effectiveness of Bone Morphogenetic Proteins in the Non-Healing of Fractures and Spinal Fusion: A Systematic Review. Health Technology Assessment,11(30): 1-150.


14. Garrison K.R., Donell S., Ryder J., Shemilt I., Mugford M., Harvey I., Song F. 2012. Effects of Surface Microtopography on the Assembly of the Osteoclast Resorption Apparatus. Journal of the Royal Society Interface, 9(72): 1599-1608.


15. Goudriaan W.A., Jan Harsevoort G., van Leeuwen M., Franken A.A., Maria Janus G.J. 2018. Incidence and Treatment of Femur Fractures in Adults with Osteogenesis Imperfecta: An Analysis of an Expert Clinic of 216 Patients. European Journal of Trauma and Emergency Surgery, 91-102.


16. Hettwer W. 2017. Synthetic bone replacement: Current developments and perspectives. Der Orthopade, 46(8): 688-700.


17. Hosseini, Behnam, Seyed Mehdi Mirhadi, Mehdi Mehrazin, Mohsen Yazdanian, and Mahmood Reza Kalantar Motamedi. 2017. Synthesis of Nanocrystalline Hydroxyapatite Using Eggshell and Trimethyl Phosphate. Trauma Monthly, 22(5): 47-55.


18. JFerreira J.R.M., Louro L.H.L., Costa A.M., Marçal R.L.S.B., Navarro da Rocha D., Barbosa R.M., Campos J.B., Prado da Silva M.H. 2017. Zinc-doped Calcium Phosphate Coating on Titanium Surface Using Ostrich Eggshell as a Ca2+ Ions Source. Biomaterials and Medical Applications, 1(2): 23-32.


19. Karakecili A., Gönen T., Demirtas T., Satriano C., Gümüsderelioglu M., Marletta G. 2007. Evaluation of L929 Fibroblast Attachment and Proliferation on Arg-Gly-Asp-Ser (RGDS)-Immobilized Chitosan in Serum-Containing/Serum-Free Cultures. Journal of Bioscience and Bioengineering, 104(1): 69-77.


20. Kobolak J., Dinnyes A., Memic A., Khademhosseini A., Mobasheri A. 2016. Mesenchymal Stem Cells: Identification, Phenotypic Characterization, Biological Properties and Potential for Regenerative Medicine through Biomaterial Micro-Engineering of Their Niche. Methods, 99: 62-68.


21. Komath M., Varma H.K. 2003. Development of a Fully Injectable Calcium Phosphate Cement for Orthopedic and Dental Applications. Bulletin of Materials Science, 26(4): 415-22.


22. Kontoyannis C.G., Vagenas N.V. 2000. Calcium Carbonate Phase Analysis Using XRD and FT-Raman Spectroscopy. Analyst, 125(2): 251-55.


23. Li Y., Nam C.T., Ooi C.P. 2009. Iron (III) and Manganese (II) Substituted Hydroxyapatite Nanoparticles: Characterization and Cytotoxicity Analysis. Journal of Physics: Conference Series, 187: 012-024.


24. Magige F., Røskaft E. 2017. Medicinal and Commercial Uses of Ostrich Products in Tanzania. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine, 13-22.


25. Martinez-Agosto J.A., Mikkola H.K.A., Hartenstein V., Banerjee U. 2007. The Hematopoietic Stem Cell and Its Niche: A Comparative View. Genes and Development, 21(23): 44-60.


26. Mitxitorena I., Infante A., Gener B., Rodríguez C.I. 2019. Suitability and Limitations of Mesenchymal Stem Cells to Elucidate Human Bone Illness. World Journal of Stem Cells, 11(9): 578-593.


27. Naga S.M., El-Maghraby H.F., Saad E.A. 2105. Highly Porous Scaffolds Made of Nanosized Hydroxyapatite Powder Synthesized from Eggshells. journal of ceramic science and technology, 6: 37-44.


28. Neunzehn J., Szuwart T., Wiesmann H.P. 2015. Eggshells as Natural Calcium Carbonate Source in Combination with Hyaluronan as Beneficial Additives for Bone Graft Materials, an in Vitro Study. Head and Face Medicine, 11: 12.


29. Oryan A., Kamali A., Moshiri A., Eslaminejad M.B. 2017. Role of Mesenchymal Stem Cells in Bone Regenerative Medicine: What Is the Evidence? Cells Tissues Organs, 204(2): 59-83.


30. Ozdemir K.G., Yilmaz H., Yilmaz S. 2009. In Vitro Evaluation of Cytotoxicity of Soft Lining Materials on L929 Cells by MTT Assay. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials, 90(1): 82-86.


31. Persson M., Lehenkari P.P., Berglin L., Turunen S., Finnilä M.A.J., Risteli J., Skrifvars M., Tuukkanen J. 2018. Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells in a 3D Woven Scaffold. Scientific Reports, 8: 76-86.


32. Pierannunzii L., Zagra L. 2016. Bone Grafts, Bone Graft Extenders, Substitutes and Enhancers for Acetabular Reconstruction in Revision Total Hip Arthroplasty. EFORT Open Reviews, 1(12): 431-439.


33. Rahman M.S., Rana M.M., Spitzhorn L.S., Akhtar N., Hasan M.Z., Choudhury N., Fehm T., Czernuszka J.T., Adjaye J., Asaduzzaman S.M. 2019. Fabrication of Biocompatible Porous Scaffolds Based on Hydroxyapatite/Collagen/Chitosan Composite for Restoration of Defected Maxillofacial Mandible Bone. Progress in Biomaterials, 8(3): 137-154.


34. Romereim S.M., Conoan N.H., Chen B., Dudley A.T. 2014. A Dynamic Cell Adhesion Surface Regulates Tissue Architecture in Growth Plate Cartilage. Development, 141(10): 85-95.


35. Safavi M.S., Etminanfar M. 2019. A Review on the Prevalent Fabrication Methods, Microstructural, Mechanical Properties, and Corrosion Resistance of Nanostructured Hydroxyapatite Containing Bilayer and Multilayer Coatings Used in Biomedical Applications. Journal of Ultrafine Grained and Nanostructured Materials, 52(1): 1-17.


36. Sakti Y.M., Magetsari R. 2013. Structural Evaluation and Animal Implantation of Porous Eggshell Wastederived Hydroxyapatite Graft as Bone Substitution. Journal of the Medical Sciences,45(04): 17-26.


37. Sharma M.B., Limaye L.S., Kale V.P. 2012. Mimicking the Functional Hematopoietic Stem Cell Niche in Vitro: Recapitulation of Marrow Physiology by Hydrogel-Based Three-Dimensional Cultures of Mesenchymal Stromal Cells. Haematologica, 97(5): 651-660.


38. Tan Y.H., Abdullah M.O., Nolasco-Hipolito C., Taufiq-Yap Y.H. 2015. Waste Ostrich- and Chicken-Eggshells as Heterogeneous Base Catalyst for Biodiesel Production from Used Cooking Oil: Catalyst Characterization and Biodiesel Yield Performance. Applied Energy, 160: 58-70.


39. Tsai W.T., Hsien K.J., Hsu H.C., Lin C.M., Lin K.Y., Chiu C.H. 2008. Utilization of Ground Eggshell Waste as an Adsorbent for the Removal of Dyes from Aqueous Solution. Bioresource Technology, 99(6): 1623-1629.


40. Wang W., Yeung W.K. 2017. Bone Grafts and Biomaterials Substitutes for Bone Defect Repair: A Review. Bioactive Materials 2(4): 224-247.


41. Yadao R.A., Lim G., Pe L., Valdez A., Cristobal S., Sunico A.T.C., Romero H. 2004. Ostrich Eggshell as an Onlay Bone-Graft Substitute for Orbital Blow-out Fractures, 29(3): 127-130.


42. Yorukoglu A.C., Kiter A.E., Akkaya S., Satiroglu-Tufan N.L., Tufan A.C. 2017. A Concise Review on the Use of Mesenchymal Stem Cells in Cell Sheet-Based Tissue Engineering with Special Emphasis on Bone Tissue Regeneration. Stem Cells International, 2017: 2374161.


43. Zakaria S.M., Sharif Zein S.H., Othman M.R., Yang F., Jansen J.A. 2013. Nanophase Hydroxyapatite as a Biomaterial in Advanced Hard Tissue Engineering: A Review. Tissue Engineering. Part B, Reviews, 19(5): 31-41.