Production and characterisation of poly(L-lactic acid)/graphene oxide nanofibers for nerve regeneration

Abstract

Hasar görmüş sinir hücrelerini onarabilme yeteneğine sahip biyobozunan polimerik nanolif iskelelerinin geliştirilmesi sinir mühendisliği alanında büyük ilgi çekmektedir. Poli (L-laktik asit)(PLLA) biyouyumluluğu, kolay şekillendirilmesi, ve az toksik olan laktik asite bozunmasından dolayı sinir fiberi geliştiren çalışmalarda yaygın olarak kullanılmıştır. Fakat, hidrofobikliği ve hücresel aktiviteler için bağlanma gruplarının yeterli olmaması implant olarak kullanılmasını kısıtlar. Bu bağlamda, fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere uygun çevresel sinirlerin özelliklerini taklit eden ideal iskeleri üretmek için bu çalışma Grafen Oksit (GO) ya PLLA içine eklenerek eğrilmesi veya GO'nın nanolif iskelelerinin yüzeylerine kaplanmasını içerir. Böylelikle, PLLA/GO ve PLLA nanolifleri PLLA ve PLLA/GO çözeltilerinin elektroeğirme ile işlenerek üretilmiştir ve boncuk yapıların olmadığı, ince nanoliflerin elde edilmesi için çözelti parametreleri (PLLA konsantrasyonu, GO oranı ve ikili çözücünün bileşimi) optimize edilmiştir. Ardından üretilen PLLA/GO ve PLLA nanolifleri 1,6 heksametilen- diamin (HMDA) ile fonksiyonlaştırılmış ve daha sonra GO ile kaplanmışlardır. Üretilen PLLA, PLLA/GO ve GO ile kaplamış PLLA ve PLLA/GO nanolifler Isık Mikroskobu, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Raman Spektroskopi, ninhidrin boyama, X-ışını Fotoelectron Spektroskopisi, çekme testi ve Su Temas Açısı karakterizasyon yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon sonuçları, GO'nun dolgu ya da kaplama malzemesi olarak kullanılması nanolif iskelelerinin fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerini geliştirmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen nanolif iskeleleri olası sinir rejenerasyonu uygulaması için umut vericidir.

The development of biodegradable polymeric nanofiber scaffolds for a potential effort to repair injured nerve cells attracts great interest in nerve tissue engineering field. Poly (L-lactic acid) (PLLA) has being widely used in development of nerve fiber studies due to its biocompatibility, easily shaped properties and degradation to low toxic lactic acid. However, its hydrophobicity and lack of binding sites for cel- lular activities restricts its use as implants. In this regard, this study involves the incorporation of Graphene Oxide (GO) into PLLA either electrospun GO with PLLA or coating GO onto the PLLA and PLLA/GO nanofibers to fabricate ideal scaffolds with appropriate physical, mechanical and chemical properties of nanofiber mimicking the properties of the peripheral nerve. Hence, PLLA and PLLA/GO nanofibers were prepared via processing PLLA and PLLA/GO solutions with electrospinning and so- lution parameters (the concentration of PLLA, GO ratio and composition of binary system) were optimized to obtain thin and bead free nanofibers. Then, the fabri- cated nanofibers were functionalized with 1,6-Hexamethylenediamine (HMDA) and then coated with GO sheets. The fabricated PLLA, PLLA/GO and GO coated PLLA and PLLA/GO nanofibers were characterized via Light Microscopy, Scanning Elec- tron Microscopy (SEM), Raman Spectroscopy, Ninhydrin assay, X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), tensile test and Water Contact Angle (WCA) measurement. The characterization results revealed that addition of GO either as filler or coating material enhanced physical, mechanical and chemical properties of nanofiber scaffold. In conclusion, the developed nanofiber scaffolds are promising for possible nerve regeneration application.