اثر تحریک الکتریکی بر رشد و تکثیر سلول‌های عصبی با استفاده از داربست‌های نانولیفی رسانا

فرضیه: امروزه استفاده از داربست‌ها در مهندسی بافت برای ترمیم و بازسازی انواع ضایعات بدن از جمله ضایعات عصبی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. همچنین، استفاده از داربست‌های نانولیفی به دلیل تشابه ساختاری با ماتریس خارج سلولی بدن، بستر مناسبی برای رشد سلول‌هاست. بر این اساس، محور پژوهش حاضر بر پایه تولید داربست‌های نانولیفی رسانا برای کشت سلول‌های عصبی و اعمال تحریک الکتریکی بر آن‌هاست. روش‌ها: از دو پلیمر زیست‌سازگار پلی‌کاپرولاکتون (pcl) و پلی(‌لاکتیکcoگلیکولیک اسید) (plga) به‌عنوان ماده اصلی داربست و از پلیمر رسانای پلی‌آنیلین برای ایجاد رسانندگی در داربست‌ها استفاده شد. پس از تعیین و بهینه‌سازی مجموعه عوامل اثرگذار فرایند الکتروریسی بر خواص داربست، چهار نوع داربست نانولیفی آرایش‌یافته با چهار سطح پلیمر رسانا (0، 1، 10 و %18) تهیه شد. برای بررسی اثر رسانندگی داربست‌ها و تحریک الکتریکی بر رفتار سلول‌های عصبی، صفحه‌ای شامل الکترودهای فولاد زنگ‌نزن طراحی و تولید شد تا اعمال میدان الکتریکی به داربست‌ها حین آزمون‌های کشت سلولی را ممکن سازد.یافته‌ها: خواص داربست‌ها شامل آب‌دوستی، رسانندگی، قطر الیاف و نیز نتایج کشت سلول با میکروسکوپی الکترونی پویشی، میکروسکوپی رقمی، دستگاه atuolab و آزمون mtt بررسی و ارزیابی شد. نتایج حاصل از بررسی خواص فیزیکی داربست‌ها بیانگر آن است که با افزایش مقدار پلی‌آنیلین، قطر الیاف و آب‌دوستی داربست‌ها به‌طور معناداری کاهش می‌یابد. در آزمون‌های مربوط به کشت سلولی، شکل و مقدار تکثیر سلول‌های عصبی بررسی شد. تصاویر sem حاصل نشانگر کشیدگی بیشتر سلول‌ها در نمونه‌های تحریک‌شده است و با افزایش مقدار پلی‌آنیلین این کشیدگی افزایش می‌یابد. همچنین با اعمال میدان الکتریکی، تکثیر سلول‌های عصبی روی داربست‌های رسانای دارای پلی‌آنیلین (تا مقدار 10% وزنی) افزایش یافته و پس از آن با افزایش پلیمر رسانا به علت ایجاد سمیت، تکثیر سلول‌ها کاهش یافته است.

The Effect of Electrical Stimulation on Growth and Proliferation of Neural Cells Using Conductive Nanofibrous Scaffolds

Hypothesis: Nowadays, the use of scaffolds in tissue engineering to repair and regenerate human lesions, including nervous injuries has been widely considered. Also, nanofibrous scaffolds due to their structural similarity with the extracellular matrix (ECM) in the body are found to be suitable substrates for cell growth. Therefore, the main focus of the present work is on the production of conductive nanofibrous scaffolds for neural cell culture and their electrical stimulation performance.Methods: Two biocompatible polymers including polycaprolactone (PCL) and poly(lacticcoglycolicacid) (PLGA) were used as main materials, and polyaniline (PANI) was applied as a conductive polymer to create conductivity in the substrates. After determination and optimization of the electrospinning process factors, 4 types of nanofibrous scaffolds with 4 levels of conductive polymer (0%, 1%, 10% and 18%) were prepared. To investigate the effect of scaffolds’ conductivity and electrical stimulation on the nerve cells behavior, a plate with steel electrodes was designed to apply electrical field to the scaffolds during cell culture experiments.Findings: SEM, DinoLite digital microscopy, PotentiostatGalvanostat and 3(4,5dimethylthiazed2yl)2,5diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay were used to study the properties of scaffolds including hydrophilicity, conductivity, fiber diameter and the results of cell culture. By investigation of the physical properties of the scaffolds it was shown that increasing the amount of PANI in scaffolds causes significant drop in the fiber diameter and hydrophilicity. In cell culture experiment, shape and proliferation of nerve cells were studied. MTT assay and SEM images showed that electrical stimulation, proportional to the amount of polyaniline, enhanced neurite outgrowth compared to the scaffolds that were not subjected to electrical stimulation. Furthermore, proliferation of cells on conductive scaffolds (by 10% v/w of PANI) increased and subsequently the cell proliferation decreased with increasing conductive polymer content due to its toxicity.