بررسی اثر تنش برشی بر پاسخ تمایزی سلول های بنیادی مزانشیمی در داربست نانو کامپوزیتی چند لایه فیبرویین- نانو الیاف فیبرویین برای کاربرد در مهندسی بافت استخوان- غضروف

ترمیم آسیب های بافت استئوکندرال به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد این بافت و توانایی محدود در خود ترمیمی بافت غضروف آن را با چالش بزرگی روبرو کرده است. در این راستا مهندسی بافت با ارائه داربستهای حاوی سلول های بنیادی همراه با اعمال تنش های مکانیکی به عنوان راهکار پیشنهادی جدید برای ترمیم این بافت مورد توجه محققان قرار گرفته است. این مطالعه در مرحله نخست شامل ساخت داربست سه لایه فیبرویین ابریشم- نانو الیاف فیبرویین به روش خشکایش انجمادی و پس از آن شبیه سازی کامپیوتری تحریک مکانیکی داربست حاوی سلول های بنیادی در بیوراکتور پرفیوژن به روش اجزاء محدود جهت طراحی بهینه آزمون های سلولی و در مرحله آخر شامل انجام آزمون های سلولی بود. آزمون های مشخصه یابی نشان داد که این داربست از بهم پیوستگی بسیار خوبی در بین لایه ها برخوردار است و اندازه متوسط تخلخل ها در لایه استخوان، لایه میانی و غضروف به ترتیب 76،152 و102 میکرون بود. نتایج شبیه سازی حاصل از عبور جریان سیال نشان داد که چنانچه لایه استخوان در مسیر ورودی جریان قرار گیرد دامنه توزیع تنش برشی در داربست یکنواخت تر بوده و باعث تسهیل تمایز استخوانی و غضروفی می شود. همچنین نتایج تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که پس از14روز اعمال تنش مکانیکی، علاوه بر گسترش سلولی موجب نفوذ سلول ها به لایه های پایین ترداربست شده است. علاوه بر این اعمال جریان پرفیوژن به مدت 21 روز منجر به افزایش معنی دار بیان ژن های استخوان و غضروف سلول های بنیادی بافت چربی خرگوش در لایه استخوان و غضروف داربست در مقایسه با کشت استاتیک شد.

investigating the effect of shear stress on the differentiation response of mesenchymal stem cells in multi-layered silk fibroin nanocomposite scaffolds for use in bone-cartilage tissue engineering

the repair of osteochondral tissue damage has faced a great challenge due to the great complexity of this tissue and the limited self-healing ability of the cartilage tissue. in this regard, tissue engineering by providing scaffolds containing stem cells along with the application of mechanical stress as a new proposed solution for the repair of this tissue has attracted the attention of researchers. in the first stage, this study includes the construction of a three-layer silk fibroin-fibroin nanofiber scaffold by freeze-drying method and then computer simulation of the mechanical stimulation of the scaffold containing stem cells in the perfusion bioreactor using the finite element method for the optimal design of cell tests and in the next step finally, it included cell tests. the characterization tests showed that this scaffold has a very good connection between the layers and the average size of the pores in the bone layer, middle layer and cartilage were 76, 152 and 102 microns, respectively. the results of the simulation of the flow of fluid showed that if the bone layer is placed in the path of the flow, the range of shear stress distribution in the scaffold is more uniform and facilitates bone and cartilage differentiation. also, the results of the scanning electron microscope images showed that after 14 days of mechanical stress, in addition to cell expansion, the cells penetrated to the lower layers of the scaffold. in addition, the application of perfusion flow for 21 days led to a significant increase in the expression of bone and cartilage genes of rabbit adipose tissue stem cells in the bone and cartilage layer of the scaffold compared to static culture.