Preparing polycaprolactone scaffolds using electrospinning technique for construction of artificial periodontal ligament tissue

Abstract

الملخص: أهداف البحث: سمحت هندسة الأنسجة بتطوير علاجات قائمة على الخلايا الحية لإصلاح الأنسجة المفقودة أو التالفة، بما في ذلك الرباط حول اللثة، وبناء الغرسة الهجينة الحيوية. يهدف هذا العمل إلى عزل الخلايا الجذعية للرباط اللثوي البشري وزرعها على سقالة من مادة البولي كبرولاكتون المصنعة لتجديد أنسجة الرباط اللثوي الطبيعي. طرق البحث: تم جمع الخلايا الجذعية لأنسجة الرباط اللثوي البشري من الضواحك البشرية المستخرجة ثم زراعتها وتوسيعها للحصول على خلايا الرباط اللثوي الطبيعي. تم الكشف عن علامة محددة للرباط اللثوي الطبيعي (بيريوستين) باستخدام المقايسة الكهربائية المناعية. تم تطبيق التثبيت الكهربائي لتصنيع البولي كبرولاكتون بتركيزات ١٣٪ و١٦٪ و٢٠٪ من الوزن/الحجم في شكلين، وتم فحصها بعد ذلك بواسطة الفحص المجهري الإلكتروني للانبعاثات المجهرية. كما تم زرع الخلايا الجذعية للرباط اللثوي البشري المعزولة على البولي كبرولاكتون المصنع. بعد ٢١ يوما، تم إجراء الفحص المجهري الإلكتروني للانبعاثات المجهرية لتقييم السقالات المزروعة، وتم إجراء اختبار سمية خلوية من ميثيل تترازوليوم لتوصيف الاستجابة البيولوجية لسقالة البولي كبرولاكتون عند فترات تعرض خلايا مختلفة لمدة ٢٤ و٤٨ و٧٢ ساعة. النتائج: تم التعبير عن البيريوستين في خلايا الرباط اللثوي الطبيعي الموسعة، والتي أظهرت أن سقالة البولي كبرولاكتون المصنعة للوزن/الحجم بنسبة ٢٠٪ بحجم المسام أكثر من ١٠ ميكرومتر كانت الخيار الأنسب. كانت معدلات نمو الخلايا الجذعية للرباط اللثوي البشري عالية. وأظهر اختبار السمية الخلوية لسقالة البولي كبرولاكتون المصنعة عدم وجود تغيير كبير في قابلية بقاء الخلية مقارنة مع التحكم السلبي وبدون آثار متدهورة أو مثبطة للنمو بعد فترات مختلفة. الاستنتاجات: نجحت هذه الدراسة في تطوير نسيج خلوي باستخدام البولي كبرولاكتون المصنعة كسقالة لتغطية غرسات الأسنان وتعزيز ارتباط خلية الرباط اللثوي الطبيعي وانتشارها ونموها لبناء غرسة هجينة حيوية. Abstract: Objectives: The strategies of tissue-engineering led to the development of living cell-based therapies to repair lost or damaged tissues, including periodontal ligament and to construct biohybrid implant. This work aimed to isolate human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs) and implant them on fabricated polycaprolactone (PCL) for the regeneration of natural periodontal ligament (PDL) tissues. Methods: hPDLSCs were harvested from extracted human premolars, cultured, and expanded to obtain PDL cells. A PDL-specific marker (periostin) was detected using an immunofluorescent assay. Electrospinning was applied to fabricate PCL at three concentrations (13%, 16%, and 20% weight/volume) in two forms, which were examined through field emission scanning electron microscopy (FESEM). The isolated hPDLSCs were implanted on the fabricated PCL. After 21 days, FESEM was conducted to evaluate the implanted scaffolds, and an MTT assay was performed to characterize the biological response of the PCL scaffold at different cell exposure durations (24, 48, and 72 h). Results: Periostin was expressed in the expanded PDL cells, and this result revealed that 20% weight/volume PCL scaffold with a pore size of more than 10 μm was the best. The growth rates of PDLSCs were high. Cytotoxicity test of fabricated PCL scaffold demonstrated no significant change in the cell viability when compared with the negative control and no deteriorating or inhibitory effect on growth after different durations. Conclusions: A cell sheet was successfully formed by using PCL as a scaffold to cover dental implants and promote PDL cell attachment, proliferation, and growth for biohybrid implant construction.

Keywords

• Electrospinning
• Human periodontal ligament stem cells
• Periostin
• Polycaprolactone scaffold