Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Preparation of particles from gelatin - Thai silk fibroin using freeze drying and milling for bone tissue engineering
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
โศรดา กนกพานนท์
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเคมี
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.1308
Abstract
กระบวนการขึ้นรูปอนุภาคหลายกระบวนการต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ในการขึ้นรูป นอกจากปัญหาทางด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว ตัวทำละลายอินทรีย์ที่ตกค้างอาจเป็นพิษต่อเซลล์หรือส่งผลต่อคุณสมบัติทางชีวภาพของเซลล์ได้ ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเตรียมอนุภาคที่ไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ผ่านกระบวนการขึ้นรูปแบบใหญ่ไปเล็ก ไฟโบรอิน (S) จากรังไหมไทย Bombyx mori (นางน้อยศรีสะเกษ 1) ผสมกับเจลาติน (G) ที่อัตราส่วนต่าง ๆ กัน คือ S100, S80G20, S50G50, S20G80 และ G100 มาขึ้นรูปเป็นแผ่นฟองน้ำด้วยกระบวนการทำแห้งเยือกแข็งและเชื่อมขวางด้วยกลูตารัลดีไฮด์ (ร้อยละ 0.10-0.20 โดยปริมาตร) แผ่นฟองน้ำที่ขึ้นรูปได้ถูกบดให้เป็นอนุภาค และคัดขนาด 1,000-2,000 ไมโครเมตรมาใช้ในการศึกษา ผลการทดสอบความเสถียรตัวในน้ำที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง พบว่าอนุภาคสูญเสียน้ำหนักไปน้อยกว่าร้อยละ 10 ส่วนในสารละลายเอนไซม์โปรติเอสชนิด XIV (ค่าความพีเอช 7.4) อนุภาคที่มีไฟโบรอินเป็นองค์ประกอบสูง ย่อยสลายช้ากว่าอนุภาคเจลาตินอย่างเดียวในเวลา 24 ชั่วโมง เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางชีวภาพสำหรับการประยุกต์ใช้ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก จึงมีการสะสมผลึกแคลเซียมฟอสเฟตบนพื้นผิวของอนุภาค โดยการแช่อนุภาคในสารละลายแคลเซียมคลอไรด์สลับกับสารละลายไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต 4, 8 และ 12 รอบ เมื่อเพิ่มจำนวนรอบในการแช่สลับมากขึ้น อนุภาคมีน้ำหนักเพิ่มมากขึ้น 1.6-4.2 เท่า โดยมีอัตราส่วนของแคลเซียมต่อฟอสฟอรัสของผลึกบนอนุภาคมีค่าประมาณ 0.86-1.28 (โดยอะตอม) ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับไฮดรอกซีอะพาไทต์ในกระดูกมนุษย์ (1.15-1.70) และมีอัตราส่วนองค์ประกอบอินทรีย์ต่ออนินทรีย์หลังจากการแช่สลับ 12 รอบประมาณ 25:75 การทดสอบการย่อยสลายทางชีวภาพในสารละลายเอนไซม์โปรติเอสชนิด XIV พบว่าที่เวลา 14 วัน อนุภาคที่เคลือบผิวทุกชนิดมีน้ำหนักคงเหลือมากกว่าอนุภาคที่ไม่เคลือบผิว 2.6-7.0 เท่า การเคลือบผิวด้วยแคลเซียมฟอสเฟตช่วยให้การยึดเกาะและเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งกระดูกออสทิโอซาร์โคมา (SaOS-2) ได้ดีกว่าอนุภาคที่ไม่เคลือบผิว จากผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่ากระบวนการขึ้นรูปที่ใช้นี้เป็นทางเลือกที่ปลอดภัยสำหรับการผลิตอนุภาคโดยไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ อนุภาคที่ผลิตได้มีคุณสมบัติเบื้องต้นเหมาะสมสำหรับการพัฒนาต่อยอดในงานด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Several particle fabrication methods require the use of organic solvents. Beside environmental problem, residues solvent may be toxic to cells or affect biological functions. This study aimed to use a solvent-free technique via top-down approach to produce particles for bone tissue engineering. Silk fibroin (S) (Bombyx mori, Thai silk cocoons, Nangnoi Srisaket 1) was blended with gelatin (G) at different blending ratios of S100, S80G20, S50G50, S20G80 and G100. The composited sponges were fabricated by freeze-drying and glutaraldehyde crosslinking (0.10- 0.20 %v/v). The resulting sponges were grinded and were sieved to obtain the particles in the range of 1,000-2,000 µm. The particles weight loss was less than 10% in water (at 37 oC for 24 hours). Enzymatic stability test (1 U/mL protease type XIV solution at pH 7.4 for 24 hours) showed that the particles with high silk fibroin contents were more resisted to degradability comparing to the neat gelatin particles. To enhance biological properties of particles for bone tissue engineering, calcium phosphate crystals were deposited onto a surface of particles by alternate soaking in calcium chloride and disodium hydrogen phosphate solutions for 4, 8 and 12 cycles. The more soaking cycles, the more weights increased by 1.6-4.2 times of uncoated particles. The Ca/P ratio (by atomic) of crystals on surface-coated particles were at 0.86-1.28, which were closed to that of the hydroxyapatite in human bone (1.15-1.70). The organic/inorganic ratio of coated particles after 12 cycles of alternate soaking were at 25:75. In vitro degradation test in protease type XIV solution, the remained weights of calcium phosphate coated particles after 14 days were more than the uncoated particles by 2.6-7.0 times. The calcium phosphate-coated particles supported attachments and proliferation of human osteogenic sarcoma cell line (SaOS-2) better than the uncoated protein particles. This top-down fabrication was safe choice for producing solvent-free cell carrying particles which has potential use for bone tissue engineering applications.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
ศุภวรรณวิบูล, อรทัย, "การเตรียมอนุภาคจากเจลาติน-ไฟโบรอินไหมไทยด้วยวิธีการทำแห้งเยือกแข็งและบด เพื่อประยุกต์ใช้ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 1798.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/1798