عنوان پایان‌نامه
بررسی پاسخ مکانیکی سلول های بنیادی مزانشیمال تحت کرنش های سیکلیک در مراحل اولیه ی تمایز
- رشته تحصیلی
- مهندسی پزشکی - بیومکانیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69908
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- اسماعیل رحیم پور
- استاد راهنما
- بهمن وحیدی
- چکیده
- مهندسی بافت زمینه ای از مهندسی پزشکی است که قصد دارد بافت های زنده را در محیط آزمایشگاهی تولید کند. آزمایشات بسیاری حاکی از این بوده است که تحریکات مکانیکی نظیر تنش برشی ناشی از عبور سیال و یا کرنش های سیکلیک می تواند در تحقق این هدف یاری دهنده باشد. یکی از لوازم مهم دستیابی به پروتکلی که بتواند حداکثر بازدهی این گونه آزمایشاتی را به دنبال داشته باشد فهم چگونگی پاسخ مکانیکی سلول های بنیادی به این تحریکات است. سلول از راه های مختلفی به این تحریکات پاسخ می دهد. کانال های یونی فعال شونده با کشش و انتقال مستقیم نیرو از اسکلت سلولی به هسته دو راه مهم پاسخ سلول به تحریک مکانیکی خارجی هستند. در این تحقیق هدف این بوده است که هر دوی این پاسخ ها تحت یک پروتکل مشخص آزمایشگاهی به کمک مدلی هایپر ویسکوالاستیک از سلول سنجیده شوند. روش انجام تحقیق به صورت تحلیلی چند مقیاسی به منظور بررسی دقیق پاسخ سلول به کرنش های سیکلیک 10 درصدی است. انجام این چنین تحلیلی با توجه به مدل غیر خطی ارائه شده استفاده از روش قدرتمند اجزای محدود را پیشنهاد می کند. مدل کردن رفتار کرنش سختی برای سلول بنیادی مزنشیمال، ارائه ی مدلی بر پایه ی تئوری های کلاسیک ویسکوالاستیسیته ی غیر خطی برای اسکلت سلولی و ارائه ی مدلی چند مقیاسی به منظور بررسی دقیق پاسخ سلول با در نظر گرفتن لایه ای از اینتگرین ها را می توان جنبه های نوآورانه ی این تحقیق دانست. نتایج مدل ارائه شده به خوبی حاکی از این است که تنش ها و نیروهای ایجاد شده در درون اسکلت سلولی به اندازه ی کافی به منظور برانگیختن پاسخی متفاوت از سلول بزرگ هستند. در تحلیل تنش های روی هسته و درون اسکلت سلولی روشن خواهد شد که مدل پیشنهادی در لحظاتی که بارگذاری خارجی صفر است تنش های غیر صفر را برای آن ها پیش بینی می کند. این نتایج می تواند زمینه ساز تفسیر اتفاقات رخ داده برای سلول در تمایز به سلول های غضروف لیفی باشد. کلمات کلیدی: سلول های بنیادی مزنشیمال، بارگذاری سیکلیک، هایپر ویسکوالاستیسیته، چسبندگی های موضعی، تمایز غضروف زا
- Abstract
- Abstract: Tissue engineering is a field of biomedical engineering that is focused on generating living tissues in vitro. Many experiments showed that mechanical stimulies like shear stress of the fluid flow or cyclic strains might be helpful toward realizing this porpuse. One of the important prerequisites to achive a protocol that could maximize the randement of it, is detecting how the stem cells mechanically respond to these stimulies. Living cells respond to these stimulies through different ways. Stretch – activated ion channels and direct transform of forces from the cytoskeleton to the nucleus both are important ways of cell response to an external mechanical stimulus. In this research, the porpuse is that both of these responses be examined under a specified experimental protocol using a hyper – viscoelastic material model. The method of this research is in the form of a multi – scale analysis in order to examine the precise cell response to the 10 percent cyclic strains. Performing such an analysis suggests using the powerful method of finite element methods. Modeling the strain – stiffening behavior for the mesenchymal stem cells and using a model based on the classical non – linear viscoelastic theories are the novel aspects of this research. Another important feature of this research is a multi – scale model created in order to examine the exact response of the cell by considering a layer of the integrins. The results of the presented model imply that the stresses and forces generated inside the cytoskeleton are large enough to elicit a different response from the cell. In analizing stresses on the nucleus and cytoskeleton it will be clear that the suggested model predicts negative stresses for them when the external load is zero. These results might be a ground based on which we can interperate events that causes the stem cells differentiate to fibrochondrocytes. Keywords: mesenchymal stem cells, cyclic loading, hyper – viscoelasticity, focal adhesions, chondrogenic differentiation
