Production of Graphene Oxide/Poly (Lactic Acid)-Based Nanofibers for Neural Regeneration

Abstract

Objectives: Peripheral nerve injury is a serious health problem and it significantly affects the patients’ quality of life. Short gap of the peripheral nerve damage recover very slowly and if the gap between transected nerve ends is large, self- recovery becomes impossible. Hence, repair and regeneration strategies of peripheral nerve injuries have taken a great deal of consideration. Materials and Methods: In this study, a novel neural scaffold was produced by combining graphene oxide (GO) with polylactic acid (PLLA) to produce electrospun nanofibers to enhance physical, chemical and biological properties of currently used scaffolds. Results: The produced GO/PLLA nanofibers had a tensile modulus of 381 MPa and 10 MPa tensile strength. These values were found to be similar to the mechanical properties of peripheral nerve tissue. Biocompatibility studies also demonstrated that the produced biomaterials contributed to nerve tissue growth. Conclusion: This study shows that GO/PLLA based nanofibers show potential for the regeneration of nerve tissue.

Keywords

• Peripheral Nerve
• Tissue Engineering
• Electrospinning
• Graphene Oxide
• Poly (Lactic Acid

Grafen Oksit/Poli (Laktik) Asit Bazlı Nanofiberlerin Sinir Rejenerasyonu İçin Geliştirilmesi

Abstract

Amaç: Periferal sinir hasarı ciddi bir sağlık sorunu olup hastanın hayat kalitesini ciddi olarak etkilemektedir. Periferal sinir hasarı çok yavaş iyileşir ve iki sinir ucu arasında mesafe çoksa, hiç iyileşemez. Bu sebeple, sinir hasarının tedavisi için farklı stratejiler geliştirilmektedir. Bu çalışmalar grafen oksit (GO)/polilaktik asit (PLLA) bazlı sinir iskelelerinin gelişmesini sağlamıştır. Bu iskeleler ile biyomalzemenin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Gereç ve Yöntem: Bu çalışmada, GO PLLA içerisine ilave edilmiştir ve elektroeğirme yöntemiyle matlar üretilmiştir. Daha sonra üretilen malzemelerin mekanik özellikleri ve biyouyumlulukları test edilmiştir. Bulgular: Üretilen GO/PLLA nanofiberler 381 MPa çekme modülüne ve 10 MPa çekme kuvvetine sahiptir. Bu değerler sinir dokusunun mekanik özelliklerine çok yakındır. Biyoyumluluk çalışmaları da üretilen biyomalzemelerin sinir hücresi gelişimine katkı sağladığını göstermiştir. Sonuç: Yapılan çalışmalar GO/PLLA bazlı nanofiberlerin sinir dokusu rejenerasyonu için ümit vaad ettiğini göstermiştir

Keywords

• Periferik Sinir
• Doku Mühendisliği
• Elektroeğirme
• Grafen Oksit
• Poli (Laktik Asit)

References

1. 1. Topp KS, Boyd BS. Structure and biomechanics of peripheral nerves: nerve responses to physical stresses and implications for physical therapist practice. Phys Ther. 2006;86:92-109.
2. 2. Cras P. Glial neurobiology. 2008.
3. 3. Öztatlı H, Ege D. Physical and Chemical Properties of Poly (l-lactic acid)/ Graphene Oxide Nanofibers for Nerve Regeneration. MRS Adv. 2016:1291– 1296.
4. 4. Jing X, Mi HY, Salick MR, et al. Turng, Preparation of thermoplastic polyurethane/graphene oxide composite scaffolds by thermally induced phase separation. Polym. Compos. 2014;35:1408–1417.
5. 5. Xu Y, Hong W, Bai H, et al. Strong and ductile poly(vinyl alcohol)/graphene oxide composite films with a layered structure, Carbon. 2009;47:3538– 3543.
6. 6. MaduraT. Pathophysiology of Peripheral Nerve Injury. (2004) 1–10.
7. 7. Frostick SP, Yin Q, Kemp GJ. Schwann cells, neurotrophic factors, and peripheral nerve regeneration. Microsurgery. 1998;18:397-405.
8. 8. Subramanian A, Krishnan UM, Sethuraman S. Development of biomaterial scaffold for nerve tissue engineering: Biomaterial mediated neural regeneration. J Biomed Sci. 2009;16:108.

9. 9. Ma H, Su W, Tai Z, et al. Preparation and cytocompatibility of polylactic acid/hydroxyapatite/graphene oxide nanocomposite fibrous membrane. Chinese Sci Bull. 2012;57:3051–3058.
10. 10. Christopherson GT, Song H, Mao HQ. The influence of fiber diameter of electrospun substrates on neural stem cell differentiation and proliferation. Biomaterials. 2009;30:556-564.
11. 11. Brook GA, Lawrence JM, Raisman G. Morphology and migration of cultured schwann cells transplanted into the fimbria and hippocampus in adult rats. Glia. 1993;9:292-304.
12. 12. Gupta D, Venugopal J, Prabhakaran MP, et al. Aligned and random nanofibrous substrate for the in vitro culture of Schwann cells for neural tissue engineering. Acta Biomater. 2009;5:2560-2569.