مقاله تولید داربست های پیلمری جدا سازی فاز

رویون ژانگ و پیتر – اکس – ما
این فصل شامل روش های جدید آماده سازی داربست های پلیمر زیست تخریب پذیر مصنوعی ازمحلول های پلیمر از طریق جداسازی فاز است. همچنین قراردادهای مختلف ساخت داربست های بسیارمتخلخل مرتبط با فرآیندهای مختلف جداسازی فاز را دربر می گیرد. بلورینگی حلال در محلول پلیمرموجب جداسازی فاز مایع – جامد می گردد. اسفنج بدست آمده در اثر فرآیند جدا سازی فاز مایع – جامد دارای مورفولوژی لوله ای شکل ناهمگون با یک ساختار نردبانی شکل داخلی است. اسفنج فوق با شبکه ای از خلل و فرج های پیوسته توسط القای گرمایی جدا سازی فاز مایع – مایع ایجاد می شود.

ماتریس رشته ای مصنوعی با فیبرهایی با قطری به مقیاس نانومتر توسط فرایند القای گرمایی انعقادthermally induced gelation process)) تهیه می شوند. ماتریس های نانو رشته ای با ساختار ماکرو متخلخل بوسیله ترکیب روش پالایش پروژن و فرآیند القای گرمایی ژلاتین بدست می آیند. اسفنج های متخلخل پلیمرهای زیست تخریب پذیر و آپاتیت های استخوانی معدنی شکل توسط فرآیند جدا سازی فاز مایع – جامد و فرآیند زیست تقلیدی تهیه می شوند. .

-پیشگفتار
مهندسی بافت یک روش نوید بخش را در تولید گزینه های بیولوژیکی برای کاشتنی ها و پروتزها ارائه می دهد. در این روش وجود یک داربست بسیار متخلخل جهت استقرار سلولها و هدایت رشد آنها و بازسازی بافت در سه بعد الزامی است. پلیمرهای زیست تخریب پذیر مصنوعی مانند پلی – ال – لاکتید اسید (PLLA)، پلی گلیکولیک اسید (PGA) و پلی دی، ال – لاکتیک اسید – کو – گلیکولیک اسید (PLGA) به طور گسترده به عنوان داربست هایی برای فراکاشت سلول و مهندسی بافت بکار برده می شوند. روشهای مختلفی برای تهیه داربست های بسیار متخلخل از این پلیمرهای زیست تخریب پذیر ارائه شده اند. پالایش ذره ای یک روش تایید شده برای ساخت اسفنج های متخلخل در مهندسی بافت است.

تکنولوژی‏های بافت به طور گسترده در ساخت چهار چوب‏های قابل بافت و غیر قابل بافت زیست تخریب پذیر برای مهندسی بافت بکار برده می شوند. .

برای ساخت داربست ها از روش خشک سازی امولسیون از طریق انجماد، اسفنج سازی گاز و چاپ سه بعدی بهره برده می شود. امروزه روش جدید تهیه داربست های پلیمری زیست تخریب پذیر بسیار متخلخل یعنی جدا سازی فاز القای گرمایی محلول پلیمر و انتقال (خارج سازی) بعدی، بسیار مورد توجه است.

فرآیند جداسازی فاز کنترل شده برای سالهای متمادی برای تهیه غشاهای متخلخل پلیمر بکار برده می شد. جدا سازی فاز محلول پلیمر را می توان به چندین روش ایجاد کرد، که شامل جدا سازی فاز از طریق غیر حلال، جدا سازی فاز از طریق شیمیایی، و جدا سازی فاز از طریق گرمایی (TIPS) می شود. در فرآیند TIPS که یک روش نسبتاً جدید برای تهیه غشاهای متخلخل است، دمای محلول پلیمر کاهش یافته و جداسازی فاز رخ می دهد که فاز اول آن دارای غلظت پلیمر بالا (فاز غنی از پلیمر) و فاز دوم دارای غلظت پلیمر کم (فاز عادی از پلیمر) است.

بعد از خارج سازی حلال از طریق عصاره گیری، تبخیر یا تصعید، پلیمر موجود در فاز غنی از پلیمر به شکل اسکلت سخت شده و فضاهای اشغال شده در ابتدا توسط حلال، در فاز عادی از پلیمر به صورت خلل و فرج اسفنج پلیمر در می آیند. موفولوژی غشاء متخلخل متناسب با پلیمر، حلال، غلظت محلول پلیمر و دمای جداسازی فاز، تغییر می کند. غشاهای بدست آمده از این فرآیند معمولاً دارای خلل و فرجی با قطر چندین میکرومتر بوده و معمولاً برای داربست‏های مهندسی بافت مناسب نیستند. یک داربست باید دارای خلل و فرج هایی به اندازه کافی بزرگ برای کاشت سلول و سطحی به اندازه کافی وسیع برای چسبندگی سلول و همچنین افشانندگی(diffusivity) مناسب برای تراوش (نفوذ) مواد غذایی و متابولیت ها باشد.

ما در این فصل بر توسعه روش های جداسازی فاز القای گرمایی برای ساخت داربست هایی با مورفولوژی و خصوصیات تخلخلی کنترل شده برای فراکاشت سلول و کاربردهای مهندسی بافت تاکید می کنیم (شکل1-62). قراردادهای توسعه یافته در آزمایشگاه ما به عنوان مثالهایی برای شرح این مباحث بکار برده می شوند. .

-موادMATERIALS

-پلیمرهاPOLYMERS
پلی – ال – لاکتید اسید (PLLA)، پلی دی، ال – لاکتیک اسید – کو – گلیکولیک اسید (15/85) (PLGA85) و پلی دی، ال – لاکتیک اسید – کو – گلیکولیک اسید (50:50) (PLGA50) با وسیکوزیته ذاتی در حدود 6/1 ، 4/1 و 5/0 از بهرینگر اینگلهایم (اینگلهایم، آلمان).

پلی دی، ال – لاکتیک اسید – کو – گلیکولیک اسید (25 : 75) (PLGA75) و ویسکوزیته ذاتی 65/0-5/0 از موسسه بین المللی تکنولوژی های مدیزورب (سینسیناتی، OH (ایالت اوهایو)

پلی دی ال – لاکتید (PDLLA) با وزن مولکول 103000 از شرکت شیمیایی سیگما (سنت لوئیس، MO (ایالت میسوری))

– حلال هاSOLVENTS دیوکسان، تتراهیدروفوران –N , N , (THF) دی متیل فور مامید (DMF)، پریدین، متانول و بنزن از شرکت شیمیایی آلدریش (میلواکی، WI (ایالت ویسکانسین) هیدروکسی آپاتیت (HAP)، و کلیه نمک ها برای تهیه مایع شبیه سازی شده بدنی (SBF) از آلدریچ.

-جدا ساز فاز جامد – مایع SOLID-LIQUID PHASE SEPARATION
جداسازی فاز القای گرمایی بر اساس رفتار جنبشی و ترمودینامیک محلول پلیمر با تغییر دمای محلول عمل کرده و یک فرآیند پیچیده است. بلورینگ حلال در زمان کاهش دما می تواند موجب جداسازی فاز محلول پلیمر شود. این فرآیند جداسازی فاز را تحت عنوان فرآیند جداسازی فاز مایع- جامد تعریف می کنیم. در این حالت، دمای بلورینگی (نقطه انجماد) حلال بالاتر از دمای جداسازی فاز مایع – مایع محلول پلیمر است. هنگامی که دمای محلول کاهش می یابد، حلال به شکل بلور درآمده و پلیمر از سطح آن خارج می شود که همان جدا سازی فاز جامد – مایع محلول پلیمر است. مورفولوژی بلورهای حلال با حلال بکار رفته، غلظت پلیمر و دمای بلورینگی وگرادیان دمای اعمال شده به محلول پلیمر تغییر می کند.

اسفنج‏هایی با مورفولوژی تخلخل متنوع به شل مدل‏های منفی بلورهای حلال قابل حصول است. .

-تهیه ماتریس های پلیمریPREPARATION OF POLYMER MATRICES
اسفنج PLLA و PLGA از طریق جداسازی فاز مایع – جامد بوسیله کاهش دمای محلول پلیمر و جهت ایجاد بلورینگی حلال و تصعید متعاقب حلال تهیه می شود. عموماً، در تهیه اسفنج مراحل ذیل طی می شود. در ابتدا پلیمر گزینش شده تحت چرخش مغناطیسی در دمای C50 به مدت 2 ساعت در حلال (اغلب، دی اکسین) حل می شد. سپس ml2 محلول پلیمر – دی اکسین به ظرف تفلون اضافه می گردد (ml5، که قبلاً تا دمای C50، گرم شده است) و حل می شود.

ظرف حاوی محلول به سرعت به یخچال یا فریزر با دمای از پیش تنظیم شده منتقل می شود تا حلال سخت شده و موجب جداسازی فاز مایع – جامد شود. ترکیب سخت شده به مدت 2 ساعت سرد نگهداری شده و سپس به ظرف انجماد – خشک سازی، حمام نمک – یخ در دمای بین C5- و C10- منتقل می شود. نمونه ها سپس از طریق انجماد mmHg5/0 برای حداقل یک هفته خشک می شوند تا از حذف کامل حلال مطمئن شویم.

اسفنج های بدست آمده از جداسازی فاز مایع – جامد محلول پلیمر دارای مورفولوژی لوله ای بسیار ناهمگون، با ساختار داخلی نردبانی شکل هستند (شکل 2-62). در این روش، کانال ها موازی با جهت سخت شدن (جهت انتقال گرما) بوده و دارای بخش ‏های تکراری با فاصله های یکنواخت عمود بر جهت سخت شدن (استحکام) هستند. قطر کانال‏ها و فاصل بین بخش های تکراری در کانال با نرخ سرد شدن و غلظت پلیمر و حلال مورد استفاده تغییر می کند. برای یک سیستم حلال – پلیمر، اندازه متوسط خلل و فرج با کاهش یافتن دما، زیاد می شود.

ساختار خلل و فرج بدست آمده از این پردازش به بلورینگی حلال بستگی دارد. زمانی که دمای محلول پلیمر کمتر از نقطه انجماد (دمای بلورینگی) حلال ( ) باشد، حلال به شکل بلور در آمده و فاز پلیمر به صورت ناخالصی از سطح بلورینگی خارج می شود. فاز پیوسته غنی از پلیمر در اثر تجمع پلیمر خارج شده از هر بلور منفرد حلال شکل می گیرد. پس از تصعید بلورهای حلال، اسفنجی با مورفولوژی خلل و فرج هایی به شکل اثر انگشت بلورهای حلال ایجاد می شود. گرادیان دما در امتداد مسیر سخت شدن (استحکام) (از سطح نمونه تا مرکز نمونه) می تواند منجر به ساختار بسیار ناهمگون خلل و فرج شود.