بهینه سازی هیدروژل های سدیم آلژینات حاوی نانو سرامیک در کاربردهای مهندسی بافت استخوان: مطالعه شبیه سازی دینامیک مولکولی

ساخت داربست‌ها برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان اغلب شامل استفاده از دو دسته متمایز از بیومواد حاوی کلسیم، یعنی فسفات‌های کلسیم و سیلیکات‌های کلسیم است. انتخاب این مواد بر اساس زیست سازگاری و زیست فعالی آن هاست. علی رغم اینکه این بیوسرامیک ها از نقطه نظر ترکیبات معدنی شباهت زیادی به استخوان طبیعی دارند، بر خلاف استخوان ترد و شکننده هستند. پژوهش حاضر استفاده از هیدروکسی آپاتیت و تری کلسیم سیلیکات را که از رایج ترین فسفات های کلسیم و سیلیکات های کلسیم هستند، در زمینه کاربردهای داربست استخوانی مورد بررسی قرار می دهد. مطالعه حاضر تاثیر غلظت‌های مختلف نانوذرات سرامیکی را هنگام ترکیب با هیدروژل سدیم آلژینات بر ساخت داربست‌های استخوانی توسط شبیه‌سازی دینامیک مولکولی نشان می دهد. پایداری و خودآرایی از طریق پارامترهای متعددی مانند سطح قابل دسترسی حلال، شعاع ژیراسیون، تابع توزیع شعاعی، ریشه میانگین مربع انحرافات، پیوند هیدروژنی، انرژی واندروالسی، انرژی الکترواستاتیک و انرژی کل ارزیابی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که افزودن 10% وزنی هیدروکسی آپاتیت و تری کلسیم سیلیکات به ماتریس هیدروژل سدیم آلژینات منجر به تشکیل ساختار فشرده تر، پایدارتر و کمتر هیدراته شده و به طور بالقوه می تواند به خواص مکانیکی داربست و تعامل آن با سلول ها کمک کند. ویژگی های فوق برای طراحی موفقیت آمیز داربست در زمینه مهندسی بافت استخوان بسیار مهم و حیاتی است. یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد که نمونه‌های تری کلسیم سیلیکات در مقایسه با نمونه‌های هیدروکسی آپاتیت، به ویژه از نظر ترکیب با هیدروژل سدیم آلژینات، خواص برتری را برای ساخت داربست ها دارند. با این حال، انجام آزمایش های تجربی برای تایید نتایج شبیه‌سازی ها ضروری است.

optimization of sodium alginate hydrogels containing nanoceramics in bone tissue engineering applications: a molecular dynamics simulation study

fabrication of scaffolds for bone tissue engineering applications often involves the use of two distinct classes of calcium-containing biomaterials, namely calcium phosphates and calcium silicates. the selection of these materials is based on their biocompatibility and bioactivity. although these bioceramics are very similar to natural bone from the point of view of mineral compounds, unlike bone, they are brittle. the current research examines the use of hydroxyapatite and tricalcium silicate, which are the most common calcium phosphates and calcium silicates, in the field of bone scaffold applications, respectively. the present study shows the effect of different concentrations of ceramic nanoparticles when combined with sodium alginate hydrogel on the construction of bone scaffolds by molecular dynamics simulation. stability and self-assembly have been evaluated through several parameters such as solvent-accessible-surface-area, radius of gyration, radial distribution function, root mean square deviations, hydrogen bonding, van der waals energy, electrostatic energy, and total energy. the simulation results show that the addition of 10% by weight of hydroxyapatite and tricalcium silicate to the sodium alginate hydrogel matrix leads to the formation of a more compact, stable, and less hydrated structure and can potentially affect the mechanical properties of the scaffold and its interaction with cells help. the findings of this research show that tricalcium silicate samples have superior properties for making scaffolds compared to hydroxyapatite samples, especially in terms of combination with sodium alginate hydrogel. however, it is necessary to conduct experimental tests to confirm the results of the simulations.