توسعه داربست نانولیفی‌ پلی یورتان برای مهندسی بافت‌ واژن

نویسندگان
نجمه دهقان منشادی 1
محسن هادیزاده 1
سعید فتاحی 1
محمد مشتاقیون 2
حبیب نیکوکار 3
1 دانشکده مهندسی نساجی، پردیس فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 گروه زیست‌شناسی، پردیس علوم، دانشگاه یزد، یزد، ایران
3 مرکز تحقیقات نانوتکنولوژی پزشکی و مهندسی بافت، پژوهشکده علوم تولید مثل یزد، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی، یزد، ایران
چکیده
مقدمه

فقدان یا عدم تشکیل واژن در اثر اختلالات هورمونی و تمایز جنسی در دوران جنینی، عوارض ناشی از ضربه، آسیب‌های لگنی، عفونت‌های تخریب‌کننده، سرطان و اختلالات دوجنسی از جمله موارد شایعی هستند که نیاز به جراحی ترمیمی و بازسازی سیستم تناسلی زنانه را تشدید می‌نمایند. هدف از این مطالعه ارزیابی داربست پلی‌یورتان الاستومر الکتروریسی شده در ایجاد بستری مناسب برای اتصال و تکثیر سلول‌های اپی‌تلیال جهت ترمیم و مهندسی بافت واژن می‌باشد.

مواد و روش­ها

ابتدا داربست‌های پلی‌یورتان الاستومر به روش الکتروریسی ساخته شد. خواص فیزیکی و شیمیایی داربست‌ها مشخصه‌یابی شد. سپس موفولوژی، فعالیت متابولیکی، تکثیر و بیان سایتوکراتین سلول‌های اپی‌تلیال استخراج شده از بافت واژن انسان، روی داربست‌های پلی‌یورتان بترتیب با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آزمون ﻣﺘﯿﻞ ﺗﯿﺎزول ﺗﺘﺮازوﻟﯿﻮم (MTT)، رنگ‌آمیزی هماتوکسیلین– ائوزین (H&E) و فلورسنت مورد بررسی قرار گرفت.

یافته­ها

قطر نانوالیاف پلی‌یورتان و درصد تخلخل داربست به‌ترتیب 176±322 نانومتر و 2±80 درصد بود. بعد از گذشت 120 روز از زمان تخریب، میانگین کاهش وزن داربست 3/2 درصد شد. همچنین در تصویر SEM تمامیت ساختاری الیاف حفظ شده ولی نقاط سفید کوچک روی نانوالیاف دیده ‌شد. تصاویر میکروسکوپی SEM، آزمون MTT و رنگ‌آمیزی H&E چسبندگی، زنده‌مانی و رشد سلول‌های اپی‌تلیال روی داربست را نشان دادند. در نهایت بیان سایتوکراتین این سلول‌ها روی داربست نانوالیاف پلی‌یورتان با رنگ‌آمیزی فلورسنت تایید شد.

نتیجه­گیری

نتایج این پژوهش نشان داد که داربست نانولیفی پلی‌یورتان الاستومر PC-3575A از قابلیت‌های منحصر به فردی برای مهندسی بافت واژن برخوردار است.
کلیدواژه‌ها
داربست نانولیفی
پلی‌یورتان
مهندسی بافت
سلول‌های اپی‌تلیال
واژن

عنوان مقاله English

Development of polyurethane nanofibers scaffold for vaginal tissue engineering

نویسندگان English

Najmeh Dehghan-Manshadi 1
Mohsen Hadizadeh 1
Saeid Fattahi 1
Mohammad Moshtaghioun 2
Habib Nikukar 3
1 Textile Department, Faculty of Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Department of Biology, Faculty of Science, Yazd University, Yazd, Iran
3 Medical Nanotechnology and Tissue Engineering Research Center, Yazd Reproductive Sciences Institute, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran
چکیده English

Introduction

Vaginal reconstruction is the choice medical approach in many congenital abnormalities, injuries, or cancers. Reconstructive techniques applying non-vaginal tissues can be associated with more complications. In special situations such as dilatation failure or large defects, surgical vaginoplasty is recommended. In this regard, the main challenge is the lack of sufficient native tissue to reconstruct the organ.

Materials and Methods

Nanofibrous scaffolds of elastomeric polyurethane (PU) were fabricated by electrospinning. The physical and chemical properties of the scaffolds were characterized. The toxicity and biocompatibility of each scaffold were evaluated by the MTT (3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay using human vaginal epithelial cells (HVECs). Cell homing, proliferation and cytokeratins expression was evaluated on the scaffolds by scanning electron microscopy (SEM), Hematoxylin & Eosin (H&E), and fluorescent staining, respectively.

Results

Polyurethane nanofibers diameter and porosity of scaffold were 322±176 nm and 80%±2%, respectively. After 120 days of degradation, the average weight loss of the scaffold was 2.3%. The SEM image also preserves the structural integrity of the fibers but shows small white dots on the nanofibers. SEM microscopy images, MTT assay and H&E staining showed adhesion, viability and proliferation of epithelial cells on the scaffold. Finally, the cytokeratine expression of these cells was confirmed by fluorescent staining on the polyurethane nanofibers scaffold.

Conclusion

The results showed that PC-3575A polyurethane nanofibers scaffold has good potential for vaginal tissue engineering.

کلیدواژه‌ها English

Nanofiber scaffold
Polyurethane
Tissue Engineering
Epithelial cells
Vagina
1. Song L, Baksh D, Tuan RS. Mesenchymal stem cell-based cartilage tissue engineering: cells, scaffold and biology. Cytotherapy. 2004;6(6):596-601.
2. Aittomaki K, Eroila H, Kajanoja P. A population-based study of the incidence of Mullerian aplasia in Finland. Fertil Steril. 2001;76(3):624-5.
3. Kimberley N, Hutson JM, Southwell BR, Grover SR. Vaginal agenesis, the hymen, and associated anomalies. J Pediatr Adolesc Gynecol. 2012;25(1):54-8
4. .Morley GW, Lindenauer SM. Pelvic exenterative therapy for gynecologic malignancy: an analysis of 70 cases. Cancer. 1976;38(1 SUPPL):581-6.
5. Oppelt P, Renner SP, Kellermann A, Brucker S, Hauser GA, Ludwig KS, et al. Clinical aspects of Mayer-Rokitansky-Kuester-Hauser syndrome: recommendations for clinical diagnosis and staging. Hum Reprod. 2006;21(3):792-7.
6. De Filippo RE, Bishop CE, Filho LF, Yoo JJ, Atala A. Tissue engineering a complete vaginal replacement from a small biopsy of autologous tissue. Transplantation. 2008;86(2):208-14.
7. Habek D, Kulas T. Nonobstetrics vulvovaginal injuries: mechanism and outcome. Arch Gynecol Obstet. 2007;275(2):93-7.
8. Wefer J, Sekido N, Sievert KD, Schlote N, Nunes L, Dahiya R, et al. Homologous acellular matrix graft for vaginal repair in rats: a pilot study for a new reconstructive approach. World J Urol. 2002;20(4):260-3.
9. Ding J-X, Zhang X-y, Chen L-m, Hua K-Q. Vaginoplasty using acellular porcine small intestinal submucosa graft in two patients with Meyer-von-Rokitansky-Küster-Hauser syndrome: a prospective new technique for vaginal reconstruction. Gynecologic and obstetric investigation. 2013;75(2):93-6.
10. Morton KE, Dewhurst CJ. Human amnion in the treatment of vaginal malformations. Br J Obstet Gynaecol. 1986;93(1):50-4.
11. Zhou JH, Sun J, Yang CB, Xie ZW, Shao WQ, Jin HM. Long-term outcomes of transvestibular vaginoplasty with pelvic peritoneum in 182 patients with Rokitansky's syndrome. Fertil Steril. 2010;94(6):2281-5.
12. De Filippo RE, Yoo JJ, Atala A. Engineering of vaginal tissue in vivo. Tissue Eng. 2003;9(2):301-6.
13. Ma Z, Kotaki M, Inai R, Ramakrishna S. Potential of nanofiber matrix as tissue-engineering scaffolds. Tissue engineering. 2005;11(1-2):101-9.
14. Li D, Xia Y. Electrospinning of Nanofibre: Reinventing of Wheel? Advanced Materials. 2004;16(14):1151-70.
15. Prabhakaran M, Ghasemi-Mobarakeh L, Ramakrishna S. Electrospun Composite Nanofibers for Tissue Regeneration. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2011;11(4):3039-57.
16. Yang F, Murugan R, Wang S, Ramakrishna S. Electrospinning of nano/micro scale poly(L-lactic acid) aligned fibers and their potential in neural tissue engineering. Biomaterials. 2005;26(15):2603-10.
17. Oertel G. Polyurethane Handbook. Berlin: Hanser Gardner; 1994.
18. Lendlein A, Sisson A. Handbook of Biodegradable Polymers Wiley-VCH; 2011.
19. Raya-Rivera AM, Esquiliano D, Fierro-Pastrana R, Lopez-Bayghen E, Valencia P, Ordorica-Flores R, et al. Tissue-engineered autologous vaginal organs in patients: a pilot cohort study. Lancet. 2014;384(9940):329-36.
20. Sartoneva R, Kuismanen K, Juntunen M, Karjalainen S, Hannula M, Kyllönen L, et al. Porous poly-l-lactide-co-ɛ-caprolactone scaffold: a novel biomaterial for vaginal tissue engineering. Royal Society open science. 2018;5(8):180811.
21. Vatankhah E, Prabhakaran MP, Semnani D, Razavi S, Morshed M, Ramakrishna S. Electrospun tecophilic/gelatin nanofibers with potential for small diameter blood vessel tissue engineering. Biopolymers. 2014;101(12):1165-80.
22. Grosse A, Grosse C, Lenggenhager D, Bode B, Camenisch U, Bode P. Cytology of the neovagina in transgender women and individuals with congenital or acquired absence of a natural vagina. Cytopathology. 2017;28(3):184-91.
23. Arcelus J, Bouman WP, Van Den Noortgate W, Claes L, Witcomb G, Fernandez-Aranda F. Systematic review and meta-analysis of prevalence studies in transsexualism. Eur Psychiatry. 2015;30(6):807-15.
24. Sadeghi A, Moztarzadeh F, Aghazadeh Mohandesi J. Investigating the effect of chitosan on hydrophilicity and bioactivity of conductive electrospun composite scaffold for neural tissue engineering. Int J Biol Macromol. 2019;121:625-32.
25. Gnavi S, Fornasari BE, Tonda-Turo C, Ciardelli G, Zanetti M, Geuna S, et al. The influence of electrospun fibre size on Schwann cell behaviour and axonal outgrowth. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015;48:620-31.
26. Ameer JM, Pr AK, Kasoju N. Strategies to Tune Electrospun Scaffold Porosity for Effective Cell Response in Tissue Engineering. J Funct Biomater. 2019;10(3).
27. Lv J, Chen L, Zhu Y, Hou L, Liu Y. Promoting epithelium regeneration for esophageal tissue engineering through basement membrane reconstitution. ACS applied materials & interfaces. 2014;6(7):4954-64.
28. von Burkersroda F, Schedl L, Gopferich A. Why degradable polymers undergo surface erosion or bulk erosion. Biomaterials. 2002;23(21):4221-31.
29. Patrick Jr C, Zheng B, Johnston C, Reece GP. Long-term implantation of preadipocyte-seeded PLGA scaffolds. Tissue engineering. 2002;8(2):283-93.
30. Lins LC, Wianny F, Livi S, Hidalgo IA, Dehay C, Duchet-Rumeau J, et al. Development of Bioresorbable Hydrophilic-Hydrophobic Electrospun Scaffolds for Neural Tissue Engineering. Biomacromolecules. 2016;17(10):3172-87.
31. Gabriel LP, Rodrigues AA, Macedo M, Jardini AL, Maciel Filho R. Electrospun polyurethane membranes for Tissue Engineering applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;72:113-7.
32. Semitela Â, Girão AF, Fernandes C, Ramalho G, Bdikin I, Completo A, Marques PA. Electrospinning of bioactive polycaprolactone-gelatin nanofibres with increased pore size for cartilage tissue engineering applications. Journal of Biomaterials Applications. 2020 Jul 7:088532822094019