مشخصه‌یابی، ارزیابی زیستی و بررسی خواص ضدباکتریایی شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم در حضور مقادیر بالای منیزیم

الموضوعات :

نیلوفر کولیوند ¹ , رضا احمدی ² , امیرحسین مغنیان ³ , مرتضی ثقفی یزدی ⁴

1 - مهندسی و علم مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین
2 - استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
3 - مهندسی و علم مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین
4 - دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

تاريخ الإرسال : 21 الإثنين , شعبان, 1444 تاريخ التأكيد : 19 الأحد , ربيع الأول, 1446 تاريخ الإصدار : 04 الإثنين , ربيع الثاني, 1446

الکلمات المفتاحية: شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی, هیدروکسی‌آپاتایت, برون‌تنی, استرانسیم, منیزیم,

ملخص المقالة :

در این پژوهش، شیشه‌های زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید بر پایه 60SiO2-(36-x)CaO-4P2O5-5SrO-(8,10)MgO (درصد مولی) به روش سل-ژل سنتز شدند و خواص زیست‌فعالی برون‌تنی (In vitro) آن‌ها توسط آزمون‌های مشخصه‌یابی، ارزیابی‌های زیستی و آزمون ضدباکتریایی در مقابل باکتری‌های مرسا (MRSA) بررسی گردید. طبق نتایج طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس (XRF)، میزان تغییر در مقدار عناصر به طور میانگین قبل و پس از سنتز، برای نمونه SBG8M و SBG10M به ترتیب برابر با 08/4 ± 202/6 و 66/2 ± 99/4 درصد بود که این امر حاکی از تاثیرگذاری ناچیز فرآیند سنتز بر روی ترکیب شیمیایی نهایی نمونه‌ها است. همچنین طبق نتایج طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، پیک‌های مشخصه هیدروکسی‌آپاتایت (HA) تنها در نمونه SBG8M پس از 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی‌شده بدن (SBF) مشاهده گردید که این نتیجه توسط مشاهده بلورهای کروی هیدروکسی‌آپاتایت در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نیز تایید شد. ضمن اینکه طبق نتایج ارزیابی‌های زیستی، افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی، منجر به کاهش 74/6، 87/4 و 65/17 درصدی در میزان چگالی نوری (OD) و نیز کاهش 93/9، 16/12 و 30/24 درصدی در فعالیت فسفات قلیایی (ALP) به ترتیب در روزهای 1، 3 و 7 کشت در محیط کشت برون‌تنی گردید. علاوه بر این افزایش مقدار منیزیم اکسید، منجر به کاهش 53/18 درصدی خواص ضدباکتریایی گردید. بنابراین حضور مقادیر بالای 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، منجر به کاهش زیست‌فعالی برون‌تنی و خواص ضدباکتریایی آن‌ها می‌گردد.

المصادر:

[1] Q. Wu, L. Hu, R Yan & et al. "Strontium-incorporated bioceramic scaffolds for enhanced osteoporosis bone regeneration", Bone Res, vol. 10, p. 55, 2022.

[2] E. Rezabeigi, P. M. Wood-Adams & R. A. Drew, "Synthesis of 45S5 Bioglass® via a straightforward organic, nitrate-free sol–gel process", Materials Science and Engineering: C, vol. 40, pp. 248-252, 2014.

[3] L. L. Hench & J. R. Jones, "Bioactive Glasses: Frontiers and Challenges", Bioeng. Biotechnol, Vol. 3, pp. 1-12, 2015.

[4] D. S. Brauer, "Bioactive Glasses—Structure and Properties", Angew. Chemi – Int. ed, vol. 54, pp. 4160-4181, 2015.

[5] M. Ruslan, Ch. Kang, G. Shen & F. Fang, "Study on Surface Roughness Generated by Micro-Blasting on Co-Cr-Mo Bio-Implant", Wear, vol. 428–429, pp. 111–26, 2019.

[6] Q. Nawaz, M. A. Ur Rehman, J. A. Roether, L. Yufei, A. Grünewald, R. Detsch & A. R. Boccaccini, "Bioactive glass based scaffolds incorporating gelatin/manganese doped mesoporous bioactive glass nanoparticle coating", Ceramics International, vol. 45, pp. 14608-14613. 2019.

[7] R. G. Ribas, V. M. Schatkoski, T. L. Do Amaral Montanheiro, B. R. C. De Menezes, C. Stegemann, D. M. G. Leite & G. P. Thim, "Current Advances in Bone Tissue Engineering Concerning Ceramic and Bioglass Scaffolds: A Review", Ceramics International, vol. 45, pp. 21051–61, 2019.

[8] م. حاجیان، م. محمودی و ر. ایمانی، "ساخت و مشخصه‌یابی هيدروژل پلی‌وینيل الكل/ آلوورا با روش ریخته‌گری حلال جهت كاربرد به‌عنوان زخم‌پوش"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 11، شماره 3، صفحه 46-36، 1396.

[9] A. R. Boccaccini, D. S. Brauer & L. Hupa, Editors. "Bioactive glasses (Smart Materials Series)", Cambridge: Royal Society of Chemistry, vol. 3, pp. P001–530, 2016.

[10] J. R. Jones, "Review of bioactive glass: from hench to hybrids", Acta Biomater, vol. 9, pp. 4457–86, 2013.

[11] J. J. Kim, A. El-Fiqi & H. W. Kim, "Synergetic cues of bioactive nanoparticles and nanofibrous structure in bone scaffolds to sti- mulate osteogenesis and angiogenesis", ACS Appl Mater Inter- faces, vol. 9, pp. 2059–73, 2017.

[12] L. Yan, H. Li & W. Xia, "Bioglass could increase cell membrane fluidity with ion products to develop its bioactivity", Cell Prolif, vol. 53, pp. 1–16, 2020.

[13] S. Saha, A. Bhattacharjee, S. H. Rahaman, S. Ray, M. K. Marei, H. Jain & et al, "Prospects of antibacterial bioactive glass nanofibers for wound healing: an in vitro study", Int J Appl Glas Sci, vol. 11, pp.320–8, 2020.

[14] L. L. Dai, M. L. Mei, C. H. Chu & E.C. M. Lo, "Antibacterial effect of a new bioactive glass on cariogenic bacteria", Arch Oral Biol, vol. 117, p. 104833, 2020.

[15] K. Zheng, X. Dai, M. Lu, N. Hüser, N. Taccardi & A. R. Boccaccini, "Synthesis of copper-containing bioactive glass nanoparticles using a modified Stöber method for biomedical applications", Colloids Surf B Biointerfaces, vol. 150, pp. 159–67, 2017.

[16] S. Kargozar, M. Montazerian, S. Hamzehlou, H. W. Kim & F. Baino, "Mesoporous bioactive glasses (MBGs): promising platforms for antibacterial strategies Saeid", Acta Biomater, vol. 81, pp. 1–19, 2018.

[17] S. Majumdar, S. K. Hira, H. Tripathi, A. S. Kumar, P. P. Manna, S. P. Singh & et al, "Synthesis and characterization of barium-doped bioactive glass with potential anti-inflammatory activity", Ceram Int, vol. 47, pp. 7143–58, 2021.

[18] R. Björkenheim, E. Jämsen, E. Eriksson, P. Uppstu, L. Aalto-Setälä, L. Hupa & et al, "Sintered S53P4 bioactive glass scaffolds have anti- inflammatory properties and stimulate osteogenesis in vitro", Eur Cells Mater, vol. 41, pp. 15–30, 2021.

[19] S. Kargozar, F. Baino, S. Hamzehlou, R. G. Hill & M. Mozafari, "Bioactive glasses: sprouting angiogenesis in tissue engineering", Trends Biotechnol, vol. 36, pp. 430–44, 2018.

[20] V. Miguez-Pacheco, L. L. Hench & A. R. Boccaccini, "Bioactive glas- ses beyond bone and teeth: emerging applications in contact with soft tissues", Acta Biomater, vol. 13, pp. 1–15, 2015.

[21] ا. بی‌غم، س. ع. حسن‌زاده تبریزی، م. رفیعی‌نیا و ح. صالحی، "تولید و مشخصه‌یابی منیزیم سیلیکات مزوحفره جهت کاربردهای رهایش کنترل شده دارو"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 12، شماره 1، صفحه 82-74، 1397.

[22] F. Baino, E. Fiume, M. Miola, F. Leone, B. Onida & E. Verné, "Fe-doped bioactive glass-derived scaffolds produced by sol-gel foaming", Materials Letters, vol. 235, pp. 207-211, 2019.

[23] N. Pajares-Chamorro, J. Shook, N. D. Hammer & X. Chatzistavrou, "Resurrec-tion of antibiotics that methicillin-resistant Staphylococcus aureus resists by sil-ver- doped bioactive glass-ceramic microparticles", Acta Biomaterialia, vol. 96, pp. 537-546, 2019.

[24] م. خورسندقاینی، ع. صادقی اول شهر، س. نوخاسته، ا. م. مولوی و ح. امینی مشهدی، "بررسی خصوصیات حرارتی کامپوزیت پلی الکتیک اسید با ذرات شیشه زیست‌فعال 45S5 و هیدروکسی‌آپاتیت (HA) به‌منظور استفاده در پیچ‌های تداخلی قابل جذب"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 11، شماره 4، صفحه 65-56، 1396.

[25] L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen & T. K. Greenlee, "Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials", Biomed Mater Res. vol. 5, pp. 117–41, 1971.

[26] F. Sharifianjazi, N. Parvin & M. Tahriri, "Synthesis and characteristics of sol- gel bioactive SiO2-P2O5-CaO-Ag2O glasses". Non-Crystalline Solids, vol. 476, pp. 108-113, 2017.

[27] F. Sharifianjazi, N. Parvin & M. Tahriri, "Formation of apatite nano-needles on novel gel derived SiO2-P2O5-CaO-SrO-Ag2O bioactive glasses". Ceramics Inter- na-tional, vol. 43, pp. 15214-15220, 2017.

[28] ع. شافعی و س. شیبانی، "تأثیر حضور آب، بنزیل الکل و درصد CNT بر روی خواص نانوکامپوزیت CNT-TiO2 تولید شده به روش سل-ژل درجا"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 12، شماره 3، صفحه 159-150، 1397.

[29] A. Pal, P. Nasker, S. Paul, A. R. Chowdhury,
A. Sinha & M. Das, "Strontium Doped Hydroxyapatite from Mercenaria Clam Shells: Synthesis, Mechanical and Bioactivity Study", mechanical behavior of biomedical materials, vol. 90, pp. 328–36, 2019.

[30] T. Mehrabi, A. S. Mesgar & Z. Mohammadi, "Bioactive Glasses: A Promising Therapeutic Ion Release Strategy for Enhancing Wound Healing. ACS Biomater". Sci. Eng. vol. 6, pp. 5399-5430, 2020.

[31] A. Houaoui, I. Lyyra, R. Agniel, E. Pauthe, J. Massera & M. Boissière, "Dissolution, bioactivity and osteogenic properties of composites based on polymer and silicate or borosilicate bioactive glass", Mater Sci Eng C, vol. 107, p. 110340, 2020.

[32] R. Moonesi Rad, D. Atila, Z. Evis, D. Keskin & A. Tezcaner, "Development of a novel functionally graded membrane con- taining boron-modified bioactive glass nanoparticles for guided bone regeneration", Tissue Eng Regen Med, vol. 13, pp. 1331–45, 2019.

[33] L. Xia, W. Ma, Y. Zhou, Z. Gui, A. Yao, D. Wang & et al. "Stimulatory effects of boron containing bioactive glass on osteogenesis and angiogenesis of polycaprolactone: in vitro study", Biomed Res Int, vol. 2019, p. 8961409, 2019.

[34] S. S. Prasad, S. Datta, T. Adarsh, P. Diwan, K. Annapurna, B. Kundu & et al. "Effect of boron oxide addition on structural, thermal, in vitro bioactivity and antibacterial properties of bioactive glasses in the base S53P4 composition", Non Cryst Solids, vol. 498, pp. 204–15, 2018.

[35] S. Gomes, C. Vichery, S. Descamps, H. Martinez, A. Kaur, A. Jacobs, J. M. Nedelec & G. Renaudin, "Cu-doping of calcium phosphate bioceramics: From mechanism to the control of cytotoxicity", Acta Biomater, vol. 65, pp. 462–474, 2018.

[36] S. Chen, M. Michálek, D. Galusková, M. Michálková, P. Švancárek, A. Talimian & et al. "Multi-targeted B and Co co-doped 45S5 bioactive glasses with angiogenic potential for bone regenera- tion", Mater Sci Eng C, vol. 112, p. 110909, 2020.

[37] L. A. Haro Durand, G. E. Vargas, N. M. Romero, R. Vera-Mesones, J. M. Porto-López, A. R. Boccaccini & et al. "Angiogenic effects of ionic dissolution products released from a boron-doped 45S5 bioactive glass", Mater Chem B, vol. 3, pp. 1142–8, 2015.

[38] E. O’Neill, G. Awale, L. Daneshmandi, O. Umerah & K. W. H. Lo, "The roles of ions on bone regeneration", Drug Disco Today, vol. 23, pp. 879–90, 2018.

[39] Z. Goudarzi, A. Ijadi, A. Bakhtiari, S. Eskandarinezhad, N. Azizabadi & M. Asgari Jazi, "Sr-doped bioactive glasses for biological applications", Composites and Compounds, vol. 2, pp. 105-109, 2020.

[40] J. M. Tainioa, D. A. AvilaSalazar, A. Nommeots-Nomma, Roilandc, Bureauc, D. R. Neuvilled, D. S.Brauer & J. Masseraa, "Structure and in vitro dissolution of Mg and Sr containing borosilicate bioactive glasses for bone tissue engineering", Non-CrystallineSolids, vol. 533, p. 119893, 2020.

[41] D. Bellucci, A. Sola, R. Salvatori, A. Anesi, Lu. Chiarini & V. Cannillo, "Role of magnesium oxide and strontium oxide as modifiers in silicate-based bioactive glasses: Effects on thermal behaviour, mechanical properties and in-vitro bioactivity", Materials Science and Engineering: C, vol. 72, pp. 566-575, 2017.

[42] Ö. Demir-Oğuz, A. R. Boccaccini & D. Loca, "Injectable bone cements: What benefits the combination of calcium phosphates and bioactive glasses could bring?", Bioactive Materials, vol. 19, pp. 217-236, 2023.

[43] M. Jiménez, C. Abradelo, J. San Román & L. Rojo, "Bibliographic review on the state of the art of strontium and zinc based regenerative therapies. Recent developments and clinical applications", Materials Chemistry B. vol. 7, pp. 1974–1985, 2019.

[44] F. Sharifianjazi, N. Parvin & M. R. Tahriri, "Formation of Apatite Nano-Needles on Novel Gel Derived SiO2-P2O5-CaO-SrO-Ag2O Bioactive Glasses", Ceramics International, vol. 43, pp. 15214–20, 2017.

[45] R. L. Doiphode, N. Murty Svs, N. Prabhu & B. P. Kashyap, "Effects of Caliber Rolling on Microstructure and Room Temperature Tensile Properties of Mg-3Al-1Zn Alloy", Magnesium and Alloys, vol. 1, pp. 169–75, 2013.

[46] T. Kokubo & H. Takadama, "How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity", Biomaterials, vol. 27, pp. 2907–2915, 2006.

[47] J. Ma, C. Z. Chen, D. G. Wang, X. G. Meng & J. Z. Shi, "Influence of the sintering temperature on the structural feature and bioactivity of sol–gel derived SiO2–CaO–P2O5 bioglass", Ceramics International, vol. 36, pp. 1911–1916, 2010.

[48] A. Balamurugan, G. Balossier, J. Michel, S. Kannan, H. Benhayoune, A. H. S. Rebelo & J. M. F. Ferreira, "Sol–gel derived SiO2–CaO–MgO–P2O5 bioglass system—preparation and in vitro characterization", Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater, vol. 83, pp. 546–553, 2007.

[49] J. Ma, C. Z. Chen, D. G. Wang, Y. Jiao & J. Z. Shi, "Effect of magnesia on the degradability and bioactivity of sol–gel derived SiO2–CaO–MgO–P2O5 system glasses", Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, vol. 81.1, pp. 87–95, 2010.

[50] A. Saboori, M. Rabiee, F. Moztarzadeh, M. Sheikhi, M. Tahriri & M. Karimi, "Sol-Gel Preparation, Characterisation and in Vitro Bioactivity of Mg Containing Bioactive Glass", Advances in Applied Ceramics: Structural, Functional and Bioceramics, vol. 108, p. 155, 2009.

نص كامل:



فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هجدهم –  شماره دوم –  تابستان 1403 (شماره پیاپی 69)، ص­ص. 1-14
	فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد ma.iaumajlesi.ac.ir

مشخصه­یابی، ارزیابی زیستی و بررسی خواص ضدباکتریایی شیشه زیست­فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم در حضور مقادیر بالای منیزیم

 

مقاله پژوهشی

 نیلوفر کولیوند۱، رضا احمدی2، امیرحسین مغنیان3*، مرتضی ثقفی یزدی3

 

1- کارشناس ارشد مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

2- استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

3- دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

* [e-mail]

 

 

 

Characterization, Biological Evaluation, and Investigation of Antibacterial Properties of Silicate-Based Bioactive Glass Modified with Strontium in the Presence of High Amounts of Magnesium

 

Niloufar Kolivand1, Reza Ahmadi2, Amirhossein Moghanian3*, Morteza Thaghafi Yazdi3

 

1- Master of Materials Engineering, Department of Materials Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.

2- Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.

3- Associate Professor, Department of Materials Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.

* [e-mail]

 

اطلاعات مقاله		چکیده
دریافت: 19/12/1401 پذیرش: 31/04/1402		در این پژوهش، شیشه‌های زیست­فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید بر پایه MgO(8،10)-SrO5-P2O54-CaO(x -36)-SiO260 (درصد مولی) به روش سل-ژل سنتز شدند و خواص زیست‌فعالی برون‌تنی (In vitro) آن‌ها توسط آزمون‌های مشخصه‌یابی، ارزیابی‌های زیستی و آزمون ضدباکتریایی در مقابل باکتری‌های مرسا (MRSA) بررسی گردید. طبق نتایج طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس (XRF)، میزان تغییر در مقدار عناصر به طور میانگین قبل و پس از سنتز، برای نمونه SBG8M و SBG10M به ترتیب برابر با 08/4  202/6 و 66/2  99/4 درصد بود که این امر حاکی از تأثیرگذاری ناچیز فرآیند سنتز بر روی ترکیب شیمیایی نهایی نمونه‌ها است. همچنین طبق نتایج طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، پیک‌های مشخصه هیدروکسی‌آپاتایت (HA) تنها در نمونه SBG8M پس از 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی‌شده بدن (SBF) مشاهده گردید که این نتیجه توسط مشاهده بلورهای کروی هیدروکسی‌آپاتایت در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نیز تأیید شد. ضمن اینکه طبق نتایج ارزیابی‌های زیستی، افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی، منجر به کاهش 74/6، 87/4 و 65/17 درصدی در میزان چگالی نوری (OD) و نیز کاهش 93/9، 16/12 و 30/24 درصدی در فعالیت فسفات قلیایی (ALP) به ترتیب در روزهای 1، 3 و 7 کشت در محیط کشت برون‌تنی گردید. علاوه بر این افزایش مقدار منیزیم اکسید، منجر به کاهش 53/18 درصدی خواص ضدباکتریایی گردید؛ بنابراین حضور مقادیر بالای 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، منجر به کاهش زیست‌فعالی برون‌تنی و خواص ضدباکتریایی آن‌ها می‌گردد.
کلید واژگان: شیشه زیست­فعال پایه سیلیکاتی هیدروکسی­آپاتایت برون‌تنی استرانسیم منیزیم.

Abstract		Article Information
In this research, silicate-based bioactive glasses modified with strontium oxide based on 60SiO2-(36-x)CaO-4P2O5-5SrO-(8,10)MgO (molar percentage) were synthesized by sol-gel method and the bioactive properties their in vitro properties were investigated by characterization tests, biological evaluations and antibacterial tests against Mrsa bacteria (MRSA). According to the results of X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), the amount of change in the amount of elements on average before and after synthesis, for SBG8M and SBG10M samples was equal to 6.202±4.08% and 4.99±2.66%, respectively, which indicates a negligible effect the synthesis process is based on the final chemical composition of the samples. Also, according to the X-ray diffraction (XRD) results, the characteristic peaks of hydroxyapatite (HA) were observed only in the SBG8M sample after 14 days of immersion in the simulated body solution (SBF), which Scanning electron microscopy (SEM) was also confirmed. Besides, according to the results of biological evaluations, increasing the amount of magnesium oxide from 8 to 10 mol percent, led to a decrease of 6.74%, 4.87%, and 17.65% in the amount of optical density (OD) and also a decrease of 9.93%, 12.16% and 24.30% in alkaline phosphatase (ALP) activity on days 1, 3 and 7 respectively of culture in vitro culture medium. In addition, increasing the amount of magnesium oxide led to a decrease of 18.53% in antibacterial properties. Therefore, the presence of high amounts of 8 and 10 mol percent magnesium oxide in the chemical composition of bioactive glasses leads to a decrease in their in vitro bioactivity and antibacterial properties.		Original Research Paper Doi:
		Keywords: Silicate-Based Bioactive Glass Hydroxyapatite In Vitro Strontium Magnesium.

 

 

1- مقدمه

پیشگیری و درمان نواقص استخوانی در اثر تصادف، انواع بیماری‌ها نظیر سرطان، مشکل ترکم استخوان ناشی از افزایش سن و ابتلا به پوکی استخوان1، اختلالات مادرزادی در استخوان و نیز عفونت پس از عمل جراحی، همیشه به‌عنوان یک مسئله مهم و چالش‌برانگیز برای متخصصان حوزه پزشکی بوده است که دستیابی به راه‌حلی ایمن به‌منظور رفع مشکلات ناشی از آن‌ها، نویدبخش ارتقا روند درمان و نیز افزایش اطمینان خاطر بیماران در مواجهه با بیماری‌ها می‌باشد [1-2]. طبق مطالعات پیشین، یکی از بهترین راهکارها به‌منظور ترمیم نقایص استخوانی در پزشکی بازساختی2، پیوند استخوانی3 است که یکی از اساسی‌ترین محدودیت‌های روش مذکور، عدم دسترسی آسان به محل بافت آسیب‌دیده می‌باشد [3-4]. ضمن اینکه استفاده از کاشتنی‌های4 فلزی نیز با وجود داشتن خواص مطلوب آن‌ها نسبت به مواد غیر‌فلزی، به دلیل ایجاد خوردگی و سایش پس از واکنش با بافت اطراف محل پیوند، رهایش کنترل نشده یون‌ها، تضعیف پیوند بین کاشتنی و استخوان و به‌تبع آن عدم تشکیل بافت استخوانی جدید محدود شده است [5]. با این وجود تلاش‌ها به‌منظور طراحی و سنتز مواد زیستی به‌عنوان جایگزین‌های مصنوعی ایده‌آل بدون نیاز به جراحی‌های مکرر و نسبتاً ناموفق در کنار داشتن خواص زیست سازگار5 مطلوب با بافت بدن، در حوزه مهندسی بافت6 معطوف گردیده است [6-8].

شیشه‌های زیست‌فعال7 با داشتن قابلیت‌هایی نظیر استخوان‌زایی8، هدایت رشد استخوانی9 و زیست‌فعالی10 بسیار بالا، یکی از گزینه‌های امیدوارکننده در حوزه کاربردهای درمانی مهندسی بافت هستند است [9-10]. همچنین شیشه‌های زیست‌فعال پس از قرارگیری در محلول شبیه‌سازی شده بدن11 به‌صورت برون‌تنی12، با تشکیل یک لایه هیدروکسی‌آپاتایت13 بر روی سطح خود، توانایی برقراری پیوند با بافت بدن را دارند [11-12]. علاوه بر این شیشه‌های زیست‌فعال پایه سیلیکاتی با ترکیبات شیمیایی خاص، دارای قابلیت‌های منحصربه‌فردی نظیر القای رگ‌زایی14 در طی انحلال شبکه شیشه در محلول شبیه‌سازی شده بدن [13-16] و خواص ضد باکتریایی15 توأم با خواص ضدالتهابی16 هستند [17-18] که این امر بیانگر قابلیت بالای آن‌ها در بازسازی17 استخوان، دارورسانی18 و ترمیم زخم19 می‌باشد [19-21]. ضمن اینکه اولین ترکیب شیشه زیست‌فعال بر پایه SiO2-CaO-P2O5-Na2O توسط پروفسور هنچ و همکاران20 در سال 1969 با نام شیشه زیست‌فعال "5S45" طراحی و به روش ذوبی21 سنتز گردید و پس از آن نیز ترکیبات شیمیایی جدیدی با خواص مختلف سنتز و مورد بررسی قرار گرفتند [22-24]. همچنین اولین کاشتنی بر پایه شیشه زیست‌فعال 5S45 به‌عنوان جایگزین‌های استخوان کوچک گوش میانی به‌منظور درمان کم شنوایی در کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار گرفت [25]. طبق مطالعات پیشین تا سال 1992، سنتز اغلب شیشه‌های زیست‌فعال به روش ذوبی انجام شده و اکثر مطالعات بر روی شیشه زیست‌فعال 5S45 متمرکز بوده است [26]. ضمن اینکه سنتز شیشه‌های زیست‌فعال به دو روش ذوبی و سل-ژل22 قابل انجام است که روش سل-ژل به دلیل داشتن مزایایی نظیر دمای پایین سنتز، همگنی و خلوص بسیار بالا، سطح ویژه23 بالاتر و دستیابی به‌اندازه ذرات نانومتری، بیشتر مورد توجه محققان قرار گرفته است [27-28].

همچنین آلایش عناصر معدنی نظیر استرانسیم [29] و منیزیم [30] در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، علاوه بر القای خواص استخوان‌زایی [31-33] در کنار کنترل زیست‌فعالی و زیست سازگاری [34]، امکان ارتقا قابلیت‌های زیستی نظیر خواص ضدباکتریایی، ضدالتهابی [35]، رگ‌زایی [36-37] و تعدیل ایمنی24 به‌منظور ترمیم بافت و حذف عفونت را فراهم آورده است [38]. ضمن اینکه در مطالعه‌ای شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی حاوی مقادیر 2، 4، 6 و 8 درصد مولی استرانسیم اکسید مورد بررسی قرار گرفت و طبق نتایج حاصل از آن، نمونه حاوی 6 درصد مولی استرانسیم اکسید دارای رشد و تکثیر سلولی مطلوبی بود و قابلیت استفاده آن در دارورسانی، دندانپزشکی و ارتوپدی گزارش شد [39]. علاوه بر این در مطالعه تاینیوآ و همکاران25، تأثیر آلایش مقادیر 5 و 10 درصد مولی استرانسیم اکسید و منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال بر خواص زیست‌فعالی برون‌تنی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت و تأخیر در تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح شیشه در حضور عناصر مذکور گزارش گردید [40]. همچنین در مطالعاتی، شیشه‌های زیست‌فعال حاوی 5 و 10 درصد مولی استرانسیم اکسید و منیزیم اکسید به‌تنهایی و به‌صورت هم‌زمان، سنتز و مورد مطالعه قرار گرفت و علاوه بر گزارش تأثیر حضور هم‌زمان عناصر مذکور در کنترل نرخ تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح شیشه‌ها، تأثیر آلایش منیزیم اکسید به‌تنهایی در ارتقا بیشتر خواص زیست‌فعالی شیشه‌ها نیز تأیید گردید [41-42]. ضمن اینکه در پژوهش‌های پیشین، مرگ سلولی در حضور مقادیر بالای استرانسیم اکسید و ارتقا زیست‌فعالی در حضور مقدار 5 درصد مولی استرانسیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال گزارش شد [43-44]. علاوه بر این در پژوهشی دیگر نیز کاهش زیست‌فعالی شیشه‌های زیست‌فعال و به‌تبع آن ناکارآمدی آن‌ها در حضور مقدار 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌ها تأیید گردید [45]؛ بنابراین با توجه به ارزیابی مطالعات پیشین مبنی بر اهمیت بررسی تأثیر آلایش مقادیر مختلف عناصری نظیر استرانسیم و منیزیم در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، در این پژوهش شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با 5 درصد مولی استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید سنتز و خواص زیست‌فعالی برون‌تنی آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین به‌منظور مشخصه‌یابی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال، از آزمون طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس26، آزمون طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس27 و به‌منظور بررسی ریزساختار آن‌ها نیز از میکروسکوپ الکترونی روبشی28 پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن استفاده شد. ضمن اینکه ارزیابی‌های زیستی و فعالیت سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش توسط آزمون سمیت سلولی29 و آزمون فعالیت فسفات قلیایی30 پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط کشت برون‌تنی انجام گردید. علاوه بر این خواص ضدباکتریایی آن‌ها نیز در مقابل باکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی‌سیلین31، توسط آزمون ضدباکتریایی مورد بررسی قرار گرفت.

 

2- مواد و روش­های انجام تحقيق

2-1- معرفی مواد اولیه

در این پژوهش شیشه‌های زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید با ترکیب شیمیایی بر پایه MgO(8،10)-SrO5-P2O54-CaO(x -36)-SiO260 (درصد مولی) در شرایط برون‌تنی به روش سل-ژل سنتز گردید که ترکیب شیمیایی آن‌ها در جدول (1) آورده شده است.

 

جدول (1): ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ نمونه‌های ﺷﻴﺸه زﻳﺴﺖﻓﻌﺎل پایه سیلیکاتی سنتز ﺷﺪه به روش سل-ژل (برحسب درصد مولی).

نمونه‌ها	SiO2	CaO	P2O5	SrO
SBG8M	60	23	4	5
SBG10M	60	21	4	5

 

همچنین به‌منظور سنتز نمونه‌ها از پیش‌ماده‌های تترااتيل اورتوسيليكات (TEOS: Si(OC2H5)3)، تری‌اتيل فسفات (TEP: PO(C2H5)3)، کلسيم نيترات چهار آبه (Ca(NO3)2.4H2O)، اسيد‌ نیتريك (HNO3)، منیزیم نیترات شش آبه (Mg(NO3)2.6H2O) و آب دو بار تقطیر (H2O) استفاده شد که مشخصات آن در جدول (2) آورده شده است. ضمن اینکه محلول شبیه‌سازی‌شده بدن به‌منظور انجام مشخصه‌یابی‌های زیستی، مطابق با دستور کار پیشنهادی کوکوبو32 تهیه گردید [46].

 

 

 

 

جدول (2): مواد اولیه به‌منظور سنتز نمونه‌های ﺷﻴﺸه زﻳﺴﺖﻓﻌﺎل پایه سیلیکاتی به روش سل-ژل.

ماده	ترکیب شيميايي	كد
تترااتيل اورتوسيليكات	TEOS: Si(OC2H5)3	98%, Merck; No.8006581000
تری‌اتيل فسفات	TEP: PO(C2H5)3	99%, Merck; No.8211411000
کلسيم نيترات چهار آبه	Ca(NO3)2.4H2O	Merck Company Inc Grade: ACS
اسيد‌ نیتريك	HNO3	67%, Merck Company Inc
استرانسیم نيترات	Sr(NO3)2	Merck Company Inc
منیزیم نیترات شش ‌آبه	Mg(NO3)2.6H2O	Merck Company Inc
آب دو بار تقطیر	deionized water (H2O)

 

2-2- سازوکار تهیه محلول شبیه‌سازی‌شده بدن

در این پژوهش، به‌منظور تهیه محلول شبیه‌سازی شده بدن از سدیم کلرید (NaCl)، سدیم هیدروژن کربنات (NaHCO3)، ‌پتاسیم کلرید (KCl)، دی‌پتاسیم هیدروژن فسفات سه آبه (K2HPO4.3H2O)، منیزیم کلرید شش آبه (MgCl2.6H2O)، کلریدریک اسید (HCl)، کلسیم کلرید (CaCl2)، سدیم سولفات (Na2SO4)، تریس (هیدروکسی‌متیل) آمینومتان ((CH2OH)3CNH2) و آب دو بار تقطیر (H2O) استفاده گردید.

 

2-3- سازوکار سنتز شيشه زيست‌فعال

همچنین به‌منظور سنتز نمونه‌ها، ابتدا آب مقطر دو بار تقطیر به همراه اسيد نيتريك و تترااتيل اورتوسيليكات به‌وسیله همزن مغناطیسی به مدت 1 ساعت هم زده شد که پیش‌ماده‌های SiO2 آماده شود و پس از افزودن تري‌اتيل فسفات (به‌منظور ایجاد شفافیت در ژل) به محلول و هم زدن مجدد آن به مدت 30 دقیقه، پیش‌ماده‌های کلسیم اکسید، استرانسیم اکسید و منیزیم اکسید به‌صورت کلسیم نیترات 4 آبه، استرانسيم نيترات و منیزیم نیترات شش‌آبه در فواصل زمانی 45 دقیقه به محلول اضافه شدند. همچنین در ادامه به‌منظور تکمیل فرآیند آبکافت33، محلول به مدت 1 ساعت توسط همزن مغناطیسی هم زده شد. ضمن اینکه پس از انحلال کامل محلول و تهیه سل، به‌منظور تبدیل سل به ژل، محلول به مدت 7 روز در دمای اتاق (Cᵒ 25) تحت عملیات پیرسازی طبیعی34 و پس از آن با قرارگیری در آون به مدت 3 روز در دمای Cᵒ 75 تحت عملیات پیرسازی مصنوعی35 قرار گرفت و پس از به دست آمدن ژل خشک، ژل در کوره به‌منظور حذف مواد آلی و نیترات‌ها به مدت 3 ساعت در دمای Cᵒ 700 نگه‌داری گردید. علاوه بر این پودر به‌دست‌آمده از ژل خشک طبق نتایج حاصل از آزمون حرارتی، تحت فرآیند پایدارسازی36 در دمای Cᵒ 700 قرار گرفت. در نهایت نیز، پودر حاصل از نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش، به‌منظور انجام مشخصه‌یابی‌ها و ارزیابی‌های زیستی به‌صورت برون‌تنی، به‌وسیله دستگاه پرس تحت‌فشار حدود MPa 9800 در قالب‌هایی استوانه‌ای شکل با مقداری حدود gr 48/0 پودر تهیه گردید.

به‌طورکلی در روش سنتز سل-ژل، ابتدا انحلال پیش‌ماده‌های معمول آلکوکسید فلزی و نمک فلزات نظیر کلریدها، نیتریدها و غیره در آب، الکل، حلال‌های آلی و یا نسبتی از آن‌ها صورت می‌گیرد (بعضی از پیش‌ماده‌های آلی‌فلزی پیش از انحلال در آب، در یک حلال آلی قابل‌حل در آب حل می‌گردند و پیش‌ماده‌های نمک فلزی بدون انجام این مرحله و مستقیماً در آب حل می‌شوند) و در ادامه، ژل توسط فرآیند آبکافت پس از حرارت دهی و هم زدن به دست می‌آید. ضمن اینکه رطوبت موجود در ژل نیز با توجه به خواص مورد نیاز و کاربرد ژل توسط فرآیند خشک شدن، حذف ‌می‌شود و ژل پس از تبدیل به پودر، تحت عملیات پایدارسازی و مجموعه‌ای از واکنش‌های برگشت‌ناپذیر به‌منظور دستیابی به محصول نهایی قرار می‌گیرد. همچنین در روش سنتز سل-ژل، آسان‌تر بودن کار با محلول‌ها در مقایسه با فرآیند‌های جامد، منجر به افزایش کنترل ترکیب شیمیایی و پایین بودن دمای فرآیند (پایین‌تر از ᵒC 700) منجر به همگنی در اندازه ذرات، خلوص بالا و دستیابی به سطح ویژه بالاتر می‌گردد.

 

2-4- مشخصه‌یابی‌های شیشه زیست­فعال

زیست‌فعـالی بـرون‌تنی شیشه‌هـای زیست‌فعال پـایه سیلیکاتی اصلاح شده با مقدار 5 درصد مولی استـرانسیم اکسید در حضور مقادیـر 8 و 10 درصد مـولی منیزیـم اکسید، پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در مقادیر متفاوت cc 10-2 محلول شبیه‌سـازی ‌شده بـدن در فالکـون‌هایی، مورد بـررسی قرار گرفت. همچنین تـرکیب شیمیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال 5 جزئی پـایه سیلیکاتی مورد پژوهش توسط دستگاه طیف‌سنـجی فـلورسانس پرتـو ایکس (Panalytical Axios) ساخت كشور هلند اندازه‌گیری گردید. ضمن اینکه مشخصه‌یابی سطح نمونه‎‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی به‌منظور تأیید تشکیل یا عدم تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح نمونه‌ها پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی‌شده بدن در محدوده θ2 بين 40-20 درجه و با شدت kV 40 و طول‌موج Aᵒ 504/1، توسط دستگاه تجزیه و تحلیل فازی پراش پرتو ايكس مدل (XRD, INEL- Equinox- 3000) ساخت كشور فرانسه به‌وسیله كارت مرجع JCPDS (No. 09-432) مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این بررسی ریزساختار و نیز ریخت‌شناسی سطح نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری نمونه‌ها در محلول شبیه‌سازی شده بدن، توسط دستگاه ميكروسكوپ الكتروني روبشي مدل (Philips XL30) ساخت كشور هلند با شتاب kW 20 انجام گردید.

 

2-5- ارزیابی‌های زیستی شیشه زیست‌فعال

ارزیابی سمیت سلولی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید، بر اساس میزان تکثیر و تمایز سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 بر روی سطح نمونه‌ها، از طریق کشت سلول‌ها با چگالي 103×6 در چاهك‌های ظرف 96 خانه‌ای به مدت 24 ساعت در انکوباتور و سپس به مدت 1، 3 و 7 روز در محيط كشت جدید حاوی μL 100 از mg/mL 5 محلول MTT (سيگما آدريچ) مورد بررسی قرار گرفت. ضمن اینکه اندازه‌گیری میزان چگالي نوري بلورهاي حل شده فورمازون، پس از 4 ساعت قرارگیری در انكوباتور تحت دماي Cᵒ 37، توسط دستگاه طیف‌سنج مدل (EL312e Biokinetics) ساخت شرکت Biotek با طول‌موج nm 570 نانومتر اندازه‌گیری شد. همچنین بررسی میزان تحریک تکثیر و تمایز سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 با چگالی cells/cm-2 104×1 رشد یافته بر روی سطح نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی بر اساس میزان فعالیت فسفات قلیایی در بازه‌های زمانی 1، 3 و 7 روز کشت در محیط کشت برون‌تنی، مورد ارزیابی قرار گرفت و پس از شستشو لایه سلولی توسط محلول نمك فسفات با خاصيت بافري و افزودن mL 1 تريس بافر و mL1 محلول پی- نیتروفنیل- فسفات، میزان رهایش پی-نیتروفنیل به‌وسیله دستگاه خوانش‌گر ميكروپليت با طول‌موج nm 410 اندازه‌گیری گردید. علاوه بر این خواص ضدباکتریایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی، با کاشت باكتري‌های مرسا بر روی سطح نمونه‌ها و قرارگیری آن‌ها به مدت 24 ساعت در دماي Cᵒ 37 در انكوباتور مورد بررسی قرار گرفت و میزان تشکیل کلونی در هر CFU/mL طبق رابطه (1) محاسبه شد.

 

 

همچنین بررسی‌های آماری برای تعیین میزان تفاوت آماری و نیز مقایسه نتایج به‌صورت کمی، توسط نرم­افزار GraphPad Prism (V.3.0، GraphPad Software، ایالات‌متحده) انجام گردید. ذکر این نکته حائز اهمیت است که داده‌ها، در نتیجه انجام حداقل 3 آزمایش مستقل به‌صورت عدد صحيح به دست آمد و با میانگین ± انحراف معیار، به‌صورت تفاوت قابل‌ملاحظه آماری مقدار احتمال 05/0*p<، 01/0**p<، 001/0***p< و 0001/0****p< گزارش گردید.

 

3- نتايج و بحث

3-1- تحليل طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس

مقادیر عناصر موجود در ترکیب شیمیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید قبل و پس از سنتز به روش سل-ژل، با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس، در شکل (1) ارائه شده است. همچنین طبق نتایج حاصل از آزمون، میزان تغییر در مقدار عناصر موجود در ترکیب شیمیایی شیشه‌های مورد پژوهش پس از سنتز، در نمونه SBG8M برای SiO2، CaO، P2O5، SrO و MgO به ترتیب برابر با 33/4، 93/3، 50/2، 14 و 25/6 (درصد) و در نمونه SBG10M به ترتیب 83/4، 62/4، 50/2، 10 و 3 (درصد) بود.

 

 

شکل (1): ترکیب شیمیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی قبل و پس از سنتز به روش سل-ژل (برحسب درصد مولی).

 

ضمن اینکه میزان تغییر در مقدار عناصر به طور میانگین قبل و پس از سنتز، برای نمونه SBG8M و SBG10M به ترتیب برابر با 08/4  202/6 و 66/2  99/4 (درصد) بود که این امر حاکی از تأثیرگذاری ناچیز فرآیند سنتز به روش سل-ژل بر روی ترکیب شیمیایی نهایی شیشه‌های مورد پژوهش است. همچنین علاوه بر تشابه ترکیب شیمیایی نهایی نمونه‌ها با ترکیب شیمیایی پیش‌بینی شده، طبق نتایج حاصل از آزمون، حضور اکسید عناصر سیلیسیم، کلسیم، فسفر، استرانسیم و منیزیم در ترکیب شیمیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش مشاهده و تأیید گردید [47-48].

 

3-2- تحلیل طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس

الگوی پراش پرتو ایکس نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن، در محدوده θ۲ بین 40-20 درجه، در شکل (2) ارائه شده است. با توجه به بررسی مطالعات، حضور پیک‌های مشخصه در زوایای θ۲ برابر با 8/25 و 8/31 درجه از صفحات اتمی (200) و (211)، معیاری از تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح شیشه‌های زیست‌فعال است [11-12].

 

 

شکل (2): الگوی پراش پرتو ایکس نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن.

 

همچنین طبق نتایج حاصل از طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس در شکل (2)، عدم مشاهده پیک در الگو پراش هر دو نمونه مورد پژوهش در زوایای مذکور پس از 7 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن، حاکی از عدم تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح آن‌ها می‌باشد. ضمن اینکه با توجه به الگو پراش نمونه SBG8M پس از 14 روز غوطه‌وری، تنها دو پیک کم شدت در زوایای مشخصه مشاهده گردید که این نتیجه، بیانگر توانایی پایین نمونه مذکور در تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح خود به‌عنوان معیاری از زیست‌فعالی آن می‌باشد. علاوه بر این در الگوی پراش نمونه SBG10M حتی پس از 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن، هیچ پیکی در زوایای مذکور مشاهده نگردید که این امر حاکی از عدم تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح نمونه مذکور است. همچنین طبق مطالعات پیشین حضور استرانسیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، به دلیل شعاع یونی بزرگ‌تر استرانسیم نسبت به کلسیم منجر به تأخیر در تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح آن‌ها می‌گردد؛ بنابراین طبق مطالعات پیشین و نتایج حاصل از آزمون، می‌توان بیان کرد که حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، منجر به عدم/کاهش تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح شیشه‌ها و به‌تبع آن عدم/کاهش زیست‌فعالی آن‌ها می‌گردد [40 و 45].

 

3-3- ریخت‌شناسی سطح

با توجه به نتایج آزمون طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس، تصاویر حاصل از بررسی ریزساختار سطح نمونه SBG8M شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی آلایش یافته با 8 درصد مولی منیزیم اکسید، پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن در شکل (3) ارائه شده است. همچنین طبق بررسی تصاویر حاصل از سطح نمونه SBG8M، بلورهای کروی هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح نمونه مذکور پس از 7 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن (شکل (3-الف))، مشاهده نگردید که این امر با نتایج حاصل از آزمون پراش پرتو ایکس مبنی بر عدم مشاهده پیک در الگو نمونه SBG8M و به‌تبع آن عدم تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح آن در تطابق است [40 و 45]. ضمن اینکه با توجه نتایج حاصل از بررسی، پس از 14 روز غوطه‌وری نمونه SBG8M در محلول شبیه‌سازی شده بدن (شکل (3-ب))، تنها تعداد محدودی بلور‌های کروی هیدروکسی‌آپاتایت (به‌عنوان معیاری از زیست‌فعالی آن‌ها) بر روی سطح نمونه مذکور مشاهده گردید که نتیجه مذکور به‌صورت پیک‌های مشخصه کم شدت هیدروکسی‌آپاتایت در الگو طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس نمونه SBG8M (شکل (2)) در روز 14 غوطه‌وری نیز، قابل‌مشاهده است.

 

 

شکل (3): ریزساختار سطح نمونه SBG8M: الف) پس از 7 روز و ب) پس از 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن در بزرگنمایی‌های 1-2500، 2- 20000 و 3- 135000 برابر.

 

همچنین این امر حاکی از تأثیر تأخیری حضور استرانسیم اکسید و منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال بر تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت و کاهش زیست‌فعالی شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش در حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی آن‌ها می‌باشد؛ به عبارت دیگر، حضور پیک‌های مشخصه هیدروکسی‌آپاتایت در زوایای θ۲ برابر با 8/25 و 8/31 درجه از صفحات اتمی (200) و (211) در آزمون پراش پرتو ایکس (توسط كارت مرجع JCPDS (No. 09-432)) در روز 14 غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن در نمونه SBG8M، حاکی از تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح نمونه SBG8M است که نتایج مذکور توسط مشاهده بلورهای کروی (به دلیل حضور پیش ماده کلسیم) هیدروکسی‌آپاتایت بر روی سطح نمونه SBG8M پس از 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده توسط آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تأیید گردید [49]. همچنین افزایش مقدار منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، به دلیل کاهش فوق اشباع و به‌تبع آن کاهش جوانه‌زنی، منجر به افزایش اندازه ذرات هیدروکسی‌آپاتایت می‌گردد [40، 45 و 49]. علاوه بر این در مطالعه‌ای نیز کاهش تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتایت بر روی شیشه‌های زیست‌فعال حاوی مقادیر بالاتر از 7 درصد مولی منیزیم اکسید و به‌تبع آن کاهش زیست‌فعالی آن‌ها گزارش شده است [50]. ذکر این نکته ضروری است که طبق مطالعات پیشین، شکل کروی بلورهای هیدروکسی‌آپاتایت به دلیل حضور کلسیم اکسید در ترکیب شیشه‌های زیست‌فعال است که در شکل ((3)- ب) قسمت 3 به‌وضوح قابل‌مشاهده است [27].

 

3-4- سنجش سمیت سلولی

سنجش سمیت سلولی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید، با توجه به اندازه‌گیری میزان چگالی نوری37 حاصل از فعالیت سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط کشت برون‌تنی، انجام گردید و نتایج حاصل از آن پس از تکمیل توسط بررسی‌های آماری، در شکل (4) ارائه شده است. ضمن اینکه در مطالعات پیشین، افزایش رشد، تکثیر و فعالیت سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در کنار عدم سمیت سلولی در حضور مقادیر بهینه‌ای از عناصر استرانسیم و منیزیم گزارش شده است [34، 39 و 45]. همچنین با توجه به نتایج حاصل از بررسی، در روز اول کشت، تفاوت قابل‌ملاحظه آماری در میزان چگالی نوری بین نمونه SBG8M و SBG10M با نمونه SBG0M مشاهده نگردید (05/0*p< و 01/0**p<). ضمن اینکه با افزایش زمان کشت از 1 روز به 3 روز، علاوه بر افزایش قابل‌ملاحظه در میزان فورمازون تشکیل شده برای نمونه SBG8M و SBG10M نسبت به نمونه SBG0M (01/0**p< و 001/0***p<)، تفاوت قابل‌ملاحظه آماری نیز در میزان چگالی نوری برای نمونه SBG8M و SBG10M در روز 1 کشت نسبت به روز 3 کشت به دست آمد (0001/0****p<) که این نتایج در راستا مطالعات پیشین است [34 و 39].

 

 

شکل (4): نتایج رشد، تكثير و عدم سمیت سلولی MC3T3-E1 نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط حاوی سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1.

 

با این وجود، با افزایش زمان کشت از 3 روز به 7 روز، کاهش قابل‌ملاحظه آماری در تشکیل فرومازون برای نمونه SBG8M و SBG10M نسبت به گذشت 3 روز از زمان کشت نمونه‌ها نمایان شد (001/0***p< و 01/0**p<) که این نتیجه حاکی از کاهش میزان رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 با افزایش زمان کشت از 3 روز به 7 روز است. همچنین در روز 7 کشت، کاهش قابل‌ملاحظه آماری در میزان چگالی نوری SBG8M و SBG10M در مقایسه با نمونه SBG0M مشاهده گردید که احتمالاً به دلیل ایجاد اثر سمیت سلولی در حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید (8 و 10 درصد مولی) در ترکیب شیمیایی شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش با افزایش زمان کشت در محیط کشت برون‌تنی می‌باشد (0001/0****p<). ضمن اینکه کاهش قابل‌ملاحظه‌ای در میزان رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در روز 7 کشت با افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی در ترکیب شیمیایی نمونه‌های شیشه مشاهده گردید (001/0***p<) که مطابق با مطالعات پیشین مبنی بر کاهش رشد و تکثیر سلولی در حضور مقدار 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال، ایجاد سمیت سلولی در آن‌ها و به‌تبع آن ناکارآمدی شیشه‌ها به‌منظور استفاده در کاربردهای درمانی مهندسی بافت می‌باشد [41-42، 45].

 

3-5- فعالیت فسفات قلیایی

ارزیابی میزان فعالیت فسفات قلیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید، به‌وسیله بررسی میزان رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در محیط کشت برون‌تنی، در بازه‌های زمانی 1، 3 و 7 روز کشت بر روی سطح نمونه‌ها در شکل (5) ارائه شده است. طبق مطالعات پیشین، فعالیت فسفات قلیایی به‌عنوان معیاری از میزان رشد، تکثیر و فعالیت سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 است که رابطه معکوسی با میزان مرگ سلولی دارد؛ به عبارت دیگر افزایش تحریک تمایز اولیه سلول‌های استخوانی و به‌تبع آن کاهش مرگ سلولی، منجر به افزایش میزان فعالیت فسفات قليايي سلول‌های استخوان‌ساز رشد یافته روی سطح شيشه‎هاي زيست‌فعال می‌باشد [9-12]. همچنین گزارش‌ها حاکی از افزایش فعالیت فسفات قلیایی در حضور مقادیر بهینه‌ای از عناصر استرانسیم و منیزیم بوده است [34، 39 و 45]. با این وجود طبق نتایج حاصل از بررسی، در روز 1 کشت، تفاوت قابل‌ملاحظه آماری در میزان فعالیت فسفات قلیایی در نمونه SBG8M و SBG10M با نمونه SBG0M مشاهده نشد (05/0*p< و 01/0**p<). این در حالی است که با افزایش زمان کشت از 1 روز به 7 روز، با وجود کاهش قابل‌ملاحظه‌ای در میزان فعالیت فسفات قلیایی در نمونه SBG8M و SBG10M با نمونه SBG0M (01/0**p< و 001/0***p<)، اما میزان رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در نمونه SBG8M و SBG10M نسبت به روز 1 کشت به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش یافت (0001/0****p<) که نتایج مذکور در تطابق با پژوهش‌های پیشین است [41-42].

 

 

شکل (5): نتایج فعالیت فسفات قلیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط حاوی سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1.

 

در روز 7 کشت نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی در محیط کشت برون‌تنی، با وجود افزایش فعالیت فسفات قلیایی نمونه‌ها نسبت به روز 1 و 3 کشت، اما کاهش قابل‌ملاحظه‌ای در رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در نمونه SBG8M و SBG10M در مقایسه با نمونه SBG0M (001/0***p< و 0001/0****p<) و نیز با افزایش زمان کشت از 3 روز به 7 روز در نمونه SBG8M و SBG10M مشاهده گردید (0001/0****p< و 001/0***p<). ضمن اینکه نتایج مذکور در راستا مطالعات پیشین مبنی بر افزایش رشد و تکثیر سلولی با افزایش زمان کشت و نیز کاهش فعالیت فسفات قلیایی در حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌‌های زیست‌فعال می‌باشد [29-30 و 43-45]. همچنین خواص زیستی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط حاوی سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در شکل (6) ارائه شده است.

 

 

شکل (6): نتایج رشد، تكثير و عدم سمیت سلولی MC3T3-E1 و فعالیت فسفات قلیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط حاوی سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1.

 

طبق نتایج حاصل از سنجش سمیت سلولی و فعالیت فسفات قلیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش، علاوه بر کاهش خواص زیستی مذکور در حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌ها زیست‌فعال، کاهش قابل‌ملاحظه‌ای در رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 در حضور مقدار 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه زیست‌فعال نیز مشاهده گردید؛ به عبارت دیگر افزایش مقدار منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال مورد پژوهش از 8 به 10 درصد مولی، منجر به کاهش 74/6، 87/4 و 65/17 (درصد) در میزان چگالی نوری و نیز کاهش 93/9، 16/12 و 30/24 (درصد) در فعالیت فسفات قلیایی به ترتیب در روزهای 1، 3 و 7 کشت در محیط کشت برون‌تنی گردید. علاوه بر این در روز اول کشت، میزان فعالیت فسفات قلیایی نسبت به مقدار چگالی نوری برای SBG8M و SBG10M به ترتیب 79/20 و 49/23 (درصد)، در روز سوم کشت به ترتیب 72/22 و 21/26 (درصد) و در روز هفتم کشت به ترتیب 52/21 و 86/27 (درصد) کاهش یافته است. همچنین با توجه به شکل (6) با افزایش روز‌های کشت از 1 روز به 7 روز و افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی در نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش، میزان چگالی نوری و فعالیت فسفات قلیایی نمونه‌ها کاهش یافت و در روز 7 کشت، نرخ کاهشی خواص زیستی نمونه‌ها، به بیشترین مقدار خود در بین روز‌های مورد بررسی رسید (0001/0****p<). ضمن اینکه به طور میانگین خواص زیستی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش با افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی در ترکیب شیمیایی آن‌ها، در روز 1، 3 و 7 کشت به ترتیب 14/22، 46/24 و 69/24 (درصد) کاهش یافته است که این امر حاکی از کاهش رشد و تکثیر سلولی و ایجاد سمیت سلولی در حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال می‌باشد [45].

 

3-6- خواص ضدباکتریایی

نتایج آزمون ضدباکتریایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید در مقابل باکتری مرسا، در شکل (7) ارائه شده است. ضمن اینکه طبق نتایج تفاوت قابل‌ملاحظه آماری برای نمونه SBG8M و SBG10M با داشتن به ترتیب 41/3  22/49 و 22/1  1/40 (درصد) خواص ضدباکتریایی، برابر با 01/0**p< محاسبه گردید. همچنین افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی در ترکیب شیمیایی شیشه‌های مورد پژوهش، منجر به کاهش 53/18 (درصد) خواص ضدباکتریایی در مقابل باکتری مرسا گردید. ضمن اینکه طبق مطالعات پیشین سازوکار دقیقی به‌منظور تشخیص عملکرد ضدباکتریایی شیشه‌های زیست‌فعال مشخص نشده است. با این وجود به نظر می‌رسد حضور مقادیر بهینه‌ای از اکسید عناصری نظیر کلسیم و فسفر در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال با داشتن خواص قلیایی، منجر به ایجاد خواص ضدباکتریایی در شیشه‌ها گردد [35]؛ به عبارت دیگر رهایش یون‌هایی نظیر کلسیم و فسفر پس از قرارگیری شیشه‌ها در محلول شبیه‌سازی شده بدن و به‌تبع آن افزایش pH محلول به دلیل رهایش یون‌ها با خاصیت قلیایی، منجر به ایجاد اثر کشنده بر روی باکتری‌ها می‌شود. با این وجود طبق مطالعات پیشین، به نظر می‌رسد حضور مقادیر بالای 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال مورد پژوهش، به دلیل شعاع یونی کوچک‌تر منیزیم نسبت به کلسیم و به‌تبع آن افزایش فشردگی و انسجام شبکه شیشه و کاهش انحلال آن، منجر به کاهش نرخ رهایش یون‌ها با خاصیت قلیایی و کاهش pH محلول و در نتیجه کاهش خواص ضدباکتریایی نمونه‌ها گردیده است [17-18 و 43-45].

 

 

شکل (7): فعالیت ضدباکتریایی نمونه‌های شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی در مقابل باکتری مرسا.

 

4- نتیجه­گیری

در این پژوهش شیشه‌های زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید در حضور مقادیر بالای 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید با ترکیب شیمیایی بر پایه MgO(8،10)-SrO5-P2O54-CaO(x -36)-SiO260 (درصد مولی) در شرایط برون‌تنی به روش سل-ژل سنتز گردیدند. همچنین خواص زیست‌فعالی برون‌تنی نمونه‌های آن، به‌وسیله مشخصه‌یابی‌های طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس، طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس و بررسی ریزساختار هیدروکسی‌آپاتایت تشکیل شده بر روی سطح آن‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی پس از 7 و 14 روز غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده بدن مورد مطالعه قرار گرفت. ضمن اینکه ارزیابی‌های زیستی سمیت سلولی و فعالیت فسفات قلیایی بر روی نمونه‌ها پس از 1، 3 و 7 روز کشت در محیط کشت برون‌تنی انجام گردید و خواص ضدباکتریایی آن‌ها در مقابل باکتری مرسا بررسی گردید. طبق نتایج حاصل از طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس تغییر در مقدار عناصر به طور میانگین قبل و بعد سنتز، برای نمونه SBG8M و SBG10M به ترتیب برابر با 08/4 ± 202/6 و 66/2 ± 99/4 (درصد) بود که بیانگر تشابه مقدار عناصر پیش‌بینی شده با مقدار سنتز شده است. همچنین طبق نتایج طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس، پیک‌های مشخصه هیدروکسی‌آپاتایت تنها در نمونه SBG8M پس از 14 روز غوطه‌وری مشاهده گردید که این نتیجه توسط مشاهده بلورهای کروی هیدروکسی‌آپاتایت در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تأیید شد. ضمن اینکه با توجه به نتایج آزمون‌های سمیت سلولی و فعالیت فسفات قلیایی، به طور میانگین میزان رشد و تکثیر سلول‌های استخوان‌ساز MC3T3-E1 با افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی در ترکیب شیمیایی نمونه‌ها، در روز 1، 3 و 7 کشت به ترتیب 14/22، 46/24 و 69/24 (درصد) کاهش یافته است که این امر حاکی از کاهش رشد و تکثیر سلولی و ایجاد سمیت سلولی در حضور مقادیر بالای منیزیم اکسید در ترکیب شیشه‌های زیست‌فعال می‌باشد (0001/0****p<). علاوه بر این طبق نتایج آزمون ضدباکتریایی، تفاوت قابل‌ملاحظه آماری برای نمونه SBG8M و SBG10M با داشتن به ترتیب 41/3  22/49 و 22/1  1/40 (درصد) خواص ضدباکتریایی در مقابل باکتری مرسا، برابر با 01/0**p< محاسبه گردید و خواص ضدباکتریایی با افزایش مقدار منیزیم اکسید از 8 به 10 درصد مولی در ترکیب شیمیایی نمونه‌های مورد پژوهش، 53/18 درصد کاهش یافت؛ بنابراین با توجه به نتایج آزمون‌های زیست‌فعالی برون‌تنی مذکور و نیز مطالعات پیشین، می‌توان نتیجه گرفت که حضور مقادیر بالای 8 و 10 درصد مولی منیزیم اکسید در ترکیب شیمیایی شیشه‌های زیست‌فعال پایه سیلیکاتی اصلاح شده با استرانسیم اکسید، منجر به کاهش زیست‌فعالی برون‌تنی و خواص ضدباکتریایی آن‌ها می‌گردد.

 

5- مراجع

[1] Q. Wu, L. Hu, R Yan & et al. "Strontium-incorporated bioceramic scaffolds for enhanced osteoporosis bone regeneration", Bone Res, vol. 10, p. 55, 2022.

 

[2] E. Rezabeigi, P. M. Wood-Adams & R. A. Drew, "Synthesis of 45S5 Bioglass® via a straightforward organic, nitrate-free sol–gel process", Materials Science and Engineering: C, vol. 40, pp. 248-252, 2014.

 

[3] L. L. Hench & J. R. Jones, "Bioactive Glasses: Frontiers and Challenges", Bioeng. Biotechnol, Vol. 3, pp. 1-12, 2015.

 

[4] D. S. Brauer, "Bioactive Glasses—Structure and Properties", Angew. Chemi – Int. ed, vol. 54, pp. 4160-4181, 2015.

 

[5] M. Ruslan, Ch. Kang, G. Shen & F. Fang, "Study on Surface Roughness Generated by Micro-Blasting on Co-Cr-Mo Bio-Implant", Wear, vol. 428–429, pp. 111–26, 2019.

 

[6] Q. Nawaz, M. A. Ur Rehman, J. A. Roether, L. Yufei, A. Grünewald, R. Detsch & A. R. Boccaccini, "Bioactive glass based scaffolds incorporating gelatin/manganese doped mesoporous bioactive glass nanoparticle coating", Ceramics International, vol. 45, pp. 14608-14613. 2019.

 

[7] R. G. Ribas, V. M. Schatkoski, T. L. Do Amaral Montanheiro, B. R. C. De Menezes, C. Stegemann, D. M. G. Leite & G. P. Thim, "Current Advances in Bone Tissue Engineering Concerning Ceramic and Bioglass Scaffolds: A Review", Ceramics International, vol. 45, pp. 21051–61, 2019.

 

[8] م. حاجیان، م. محمودی و ر. ایمانی، "ساخت و مشخصه‌یابی هيدروژل پلی‌وینيل الكل/ آلوورا با روش ریخته‌گری حلال جهت كاربرد به‌عنوان زخم‌پوش"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 11، شماره 3، صفحه 46-36، 1396.

 

[9] A. R. Boccaccini, D. S. Brauer & L. Hupa, Editors. "Bioactive glasses (Smart Materials Series)", Cambridge: Royal Society of Chemistry, vol. 3, pp. P001–530, 2016.

 

[10] J. R. Jones, "Review of bioactive glass: from hench to hybrids", Acta Biomater, vol. 9, pp. 4457–86, 2013.

 

[11] J. J. Kim, A. El-Fiqi & H. W. Kim, "Synergetic cues of bioactive nanoparticles and nanofibrous structure in bone scaffolds to sti- mulate osteogenesis and angiogenesis", ACS Appl Mater Inter- faces, vol. 9, pp. 2059–73, 2017.

 

[12] L. Yan, H. Li & W. Xia, "Bioglass could increase cell membrane fluidity with ion products to develop its bioactivity", Cell Prolif, vol. 53, pp. 1–16, 2020.

 

[13] S. Saha, A. Bhattacharjee, S. H. Rahaman, S. Ray, M. K. Marei, H. Jain & et al, "Prospects of antibacterial bioactive glass nanofibers for wound healing: an in vitro study", Int J Appl Glas Sci, vol. 11, pp.320–8, 2020.

 

[14] L. L. Dai, M. L. Mei, C. H. Chu & E.C. M. Lo, "Antibacterial effect of a new bioactive glass on cariogenic bacteria", Arch Oral Biol, vol. 117, p. 104833, 2020.

 

[15] K. Zheng, X. Dai, M. Lu, N. Hüser, N. Taccardi & A. R. Boccaccini, "Synthesis of copper-containing bioactive glass nanoparticles using a modified Stöber method for biomedical applications", Colloids Surf B Biointerfaces, vol. 150, pp. 159–67, 2017.

 

[16] S. Kargozar, M. Montazerian, S. Hamzehlou, H. W. Kim & F. Baino, "Mesoporous bioactive glasses (MBGs): promising platforms for antibacterial strategies Saeid", Acta Biomater, vol. 81, pp. 1–19, 2018.

 

[17] S. Majumdar, S. K. Hira, H. Tripathi, A. S. Kumar, P. P. Manna, S. P. Singh & et al, "Synthesis and characterization of barium-doped bioactive glass with potential anti-inflammatory activity", Ceram Int, vol. 47, pp. 7143–58, 2021.

 

[18] R. Björkenheim, E. Jämsen, E. Eriksson, P. Uppstu, L. Aalto-Setälä, L. Hupa & et al, "Sintered S53P4 bioactive glass scaffolds have anti- inflammatory properties and stimulate osteogenesis in vitro", Eur Cells Mater, vol. 41, pp. 15–30, 2021.

 

[19] S. Kargozar, F. Baino, S. Hamzehlou, R. G. Hill & M. Mozafari, "Bioactive glasses: sprouting angiogenesis in tissue engineering", Trends Biotechnol, vol. 36, pp. 430–44, 2018.

 

[20] V. Miguez-Pacheco, L. L. Hench & A. R. Boccaccini, "Bioactive glas- ses beyond bone and teeth: emerging applications in contact with soft tissues", Acta Biomater, vol. 13, pp. 1–15, 2015.

 

[21] ا. بی‌غم، س. ع. حسن‌زاده تبریزی، م. رفیعی‌نیا و ح. صالحی، "تولید و مشخصه‌یابی منیزیم سیلیکات مزوحفره جهت کاربردهای رهایش کنترل شده دارو"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 12، شماره 1، صفحه 82-74، 1397.

 

[22] F. Baino, E. Fiume, M. Miola, F. Leone, B. Onida & E. Verné, "Fe-doped bioactive glass-derived scaffolds produced by sol-gel foaming", Materials Letters, vol. 235, pp. 207-211, 2019.

 

[23] N. Pajares-Chamorro, J. Shook, N. D. Hammer & X. Chatzistavrou, "Resurrec-tion of antibiotics that methicillin-resistant Staphylococcus aureus resists by sil-ver- doped bioactive glass-ceramic microparticles", Acta Biomaterialia, vol. 96, pp. 537-546, 2019.

 

[24] م. خورسندقاینی، ع. صادقی اول شهر، س. نوخاسته، ا. م. مولوی و ح. امینی مشهدی، "بررسی خصوصیات حرارتی کامپوزیت پلی الکتیک اسید با ذرات شیشه زیست‌فعال 45S5 و هیدروکسی‌آپاتیت (HA) به‌منظور استفاده در پیچ‌های تداخلی قابل جذب"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 11، شماره 4، صفحه 65-56، 1396.

 

[25] L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen & T. K. Greenlee, "Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials", Biomed Mater Res. vol. 5, pp. 117–41, 1971.

 

[26] F. Sharifianjazi, N. Parvin & M. Tahriri, "Synthesis and characteristics of sol- gel bioactive SiO2-P2O5-CaO-Ag2O glasses". Non-Crystalline Solids, vol. 476, pp. 108-113, 2017.

 

[27] F. Sharifianjazi, N. Parvin & M. Tahriri, "Formation of apatite nano-needles on novel gel derived SiO2-P2O5-CaO-SrO-Ag2O bioactive glasses". Ceramics Inter- na-tional, vol. 43, pp. 15214-15220, 2017.

 

[28] ع. شافعی و س. شیبانی، "تأثیر حضور آب، بنزیل الکل و درصد CNT بر روی خواص نانوکامپوزیت CNT-TiO2 تولید شده به روش سل-ژل درجا"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 12، شماره 3، صفحه 159-150، 1397.

 

[29] A. Pal, P. Nasker, S. Paul, A. R. Chowdhury,

A. Sinha & M. Das, "Strontium Doped Hydroxyapatite from Mercenaria Clam Shells: Synthesis, Mechanical and Bioactivity Study", mechanical behavior of biomedical materials, vol. 90, pp. 328–36, 2019.

 

[30] T. Mehrabi, A. S. Mesgar & Z. Mohammadi, "Bioactive Glasses: A Promising Therapeutic Ion Release Strategy for Enhancing Wound Healing. ACS Biomater". Sci. Eng. vol. 6, pp. 5399-5430, 2020.

 

[31] A. Houaoui, I. Lyyra, R. Agniel, E. Pauthe, J. Massera & M. Boissière, "Dissolution, bioactivity and osteogenic properties of composites based on polymer and silicate or borosilicate bioactive glass", Mater Sci Eng C, vol. 107, p. 110340, 2020.

 

[32] R. Moonesi Rad, D. Atila, Z. Evis, D. Keskin & A. Tezcaner, "Development of a novel functionally graded membrane con- taining boron-modified bioactive glass nanoparticles for guided bone regeneration", Tissue Eng Regen Med, vol. 13, pp. 1331–45, 2019.

 

[33] L. Xia, W. Ma, Y. Zhou, Z. Gui, A. Yao, D. Wang & et al. "Stimulatory effects of boron containing bioactive glass on osteogenesis and angiogenesis of polycaprolactone: in vitro study", Biomed Res Int, vol. 2019, p. 8961409, 2019.

 

[34] S. S. Prasad, S. Datta, T. Adarsh, P. Diwan, K. Annapurna, B. Kundu & et al. "Effect of boron oxide addition on structural, thermal, in vitro bioactivity and antibacterial properties of bioactive glasses in the base S53P4 composition", Non Cryst Solids, vol. 498, pp. 204–15, 2018.

 

[35] S. Gomes, C. Vichery, S. Descamps, H. Martinez, A. Kaur, A. Jacobs, J. M. Nedelec & G. Renaudin, "Cu-doping of calcium phosphate bioceramics: From mechanism to the control of cytotoxicity", Acta Biomater, vol. 65, pp. 462–474, 2018.

 

[36] S. Chen, M. Michálek, D. Galusková, M. Michálková, P. Švancárek, A. Talimian & et al. "Multi-targeted B and Co co-doped 45S5 bioactive glasses with angiogenic potential for bone regenera- tion", Mater Sci Eng C, vol. 112, p. 110909, 2020.

 

[37] L. A. Haro Durand, G. E. Vargas, N. M. Romero, R. Vera-Mesones, J. M. Porto-López, A. R. Boccaccini & et al. "Angiogenic effects of ionic dissolution products released from a boron-doped 45S5 bioactive glass", Mater Chem B, vol. 3, pp. 1142–8, 2015.

 

[38] E. O’Neill, G. Awale, L. Daneshmandi, O. Umerah & K. W. H. Lo, "The roles of ions on bone regeneration", Drug Disco Today, vol. 23, pp. 879–90, 2018.

 

[39] Z. Goudarzi, A. Ijadi, A. Bakhtiari, S. Eskandarinezhad, N.  Azizabadi & M. Asgari Jazi, "Sr-doped bioactive glasses for biological applications", Composites and Compounds, vol. 2, pp. 105-109, 2020.

 

[40] J. M. Tainioa, D. A. AvilaSalazar, A. Nommeots-Nomma, Roilandc, Bureauc, D. R. Neuvilled, D. S.Brauer & J. Masseraa, "Structure and in vitro dissolution of Mg and Sr containing borosilicate bioactive glasses for bone tissue engineering", Non-CrystallineSolids, vol. 533, p. 119893, 2020.

 

[41] D. Bellucci, A. Sola, R. Salvatori, A. Anesi, Lu. Chiarini & V. Cannillo, "Role of magnesium oxide and strontium oxide as modifiers in silicate-based bioactive glasses: Effects on thermal behaviour, mechanical properties and in-vitro bioactivity", Materials Science and Engineering: C, vol. 72, pp. 566-575, 2017.

 

[42] Ö. Demir-Oğuz, A. R. Boccaccini & D. Loca, "Injectable bone cements: What benefits the combination of calcium phosphates and bioactive glasses could bring?", Bioactive Materials, vol. 19, pp. 217-236, 2023.

 

[43] M. Jiménez, C. Abradelo, J. San Román & L. Rojo, "Bibliographic review on the state of the art of strontium and zinc based regenerative therapies. Recent developments and clinical applications", Materials Chemistry B. vol. 7, pp. 1974–1985, 2019.

 

[44] F. Sharifianjazi, N. Parvin & M. R. Tahriri, "Formation of Apatite Nano-Needles on Novel Gel Derived SiO2-P2O5-CaO-SrO-Ag2O Bioactive Glasses", Ceramics International, vol. 43, pp. 15214–20, 2017.

 

[45] R. L. Doiphode, N. Murty Svs, N. Prabhu & B. P. Kashyap, "Effects of Caliber Rolling on Microstructure and Room Temperature Tensile Properties of Mg-3Al-1Zn Alloy", Magnesium and Alloys, vol. 1, pp. 169–75, 2013.

 

[46] T. Kokubo & H. Takadama, "How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity", Biomaterials, vol. 27, pp. 2907–2915, 2006.

 

[47] J. Ma, C. Z. Chen, D. G. Wang, X. G. Meng & J. Z. Shi, "Influence of the sintering temperature on the structural feature and bioactivity of sol–gel derived SiO2–CaO–P2O5 bioglass", Ceramics International, vol. 36, pp. 1911–1916, 2010.

 

[48] A. Balamurugan, G. Balossier, J. Michel, S. Kannan, H. Benhayoune, A. H. S. Rebelo & J. M. F. Ferreira, "Sol–gel derived SiO2–CaO–MgO–P2O5 bioglass system—preparation and in vitro characterization", Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater, vol. 83, pp. 546–553, 2007.

 

[49] J. Ma, C. Z. Chen, D. G. Wang, Y. Jiao & J. Z. Shi, "Effect of magnesia on the degradability and bioactivity of sol–gel derived SiO2–CaO–MgO–P2O5 system glasses", Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, vol. 81.1, pp. 87–95, 2010.

 

[50] A. Saboori, M. Rabiee, F. Moztarzadeh, M. Sheikhi, M. Tahriri & M. Karimi, "Sol-Gel Preparation, Characterisation and in Vitro Bioactivity of Mg Containing Bioactive Glass", Advances in Applied Ceramics: Structural, Functional and Bioceramics, vol. 108, p. 155, 2009.

 

6- پی­نوشت

 

[1] Osteoporosis

[2] Regenerative medicine

[3] Bone grafting

[4] Implant

[5] Biocompatibility

[6] Tissue engineering

[7] Bioactive glasses

[8] Ossification

[9] Bone conduction

[10] Bioactivity

[11] Simulated body fluid (SBF)

[12] In vitro

[13] Hydroxyapatite (HA)

[14] Angiogenesis

[15] Anti-bacterial

[16] Anti-inflammatory

[17] Regeneration

[18] Drug delivery

[19] Wound healing

[20] Hench et al

[21] Melting method

[22] Sol-gel method

[23] Specific surface area (SA)

[24] Immunomodulation

[25] Tainioa et al

[26] X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF)

[27] X-ray diffraction (XRD)

[28] Scanning electron microscope (SEM)

[29] 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay

[30] Alkaline phosphatase (ALP)

[31] Methicillin-resistant staphylococcus aureus (MRSA)

[32] Kokubo

[33] Hydrolysis

[34] Natural aging

[35] Artificial aging

[36] Stabilization

[37] Optical Density (OD)

برای ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید:

Please cite this article using:

Niloufar Kolivand, Reza Ahmadi, Amirhossein Moghanian, Morteza Thaghafi Yazdi, Characterization, Biological Evaluation, and Investigation of Antibacterial Properties of Silicate-Based Bioactive Glass Modified with Strontium in the Presence of High Amounts of Magnesium, New Process in Material Engineering, 2024, 18(2), 1-14.

 

 

 

---