عنوان پایان‌نامه
بررسی محاسباتی اثر تنظیمات مکانیکی سلول های بنیادی در راستای تمایز به سلول های استئوکوندرال با استفاده از داربست های کلاژنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی پزشکی - بیومکانیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70479
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- مهدی مرادخانی
- استاد راهنما
- بهمن وحیدی
- چکیده
- بررسی تحریکات مکانوشیمیایی موثر بر سلول بنیادی در شرایط طبیعی بدن و همچنین شرایط کشت آزمایشگاهی، موضوعی بسیار مهم در جهت دستیابی به توانایی کنترل بر رفتار و پاسخهای سلولی همچون رشد، تکثیر و تمایز می باشد. در مورد عوامل بیومکانیکی دخیل در این پدیده پژوهشهای فراوانی انجام شده و امروزه ثابت شده است که عواملی همچون، مورفولوژی سلول، آرایش اجزای زیرسلولی، هندسهی داربست، سختی بستر و تحریک مکانیکی اعمالی از جانب بستر و یا جریان سیال تاثیر بسزایی در پاسخهای سلولی دارند. در پژوهش حاضر سعی شده است تا با استفاده از روش تحلیل اجزای محدود، برخی از این عوامل مهم در تحریکات مکانیکی موثر بر سلول بنیادی مزنشیمال و پاسخ این سلول از جنس تنش و کرنش را ارزیابی شود. از میان آنها، اثرات حضور شبکهی به هم پیوستهی میکروتوبولها، اثر سختی و ضخامت بستر و در نهایت تاثیر هندسهی کلی داربست و مشخصههای هیدرودینامیکی جریان سیال به عنوان هدف این پژوهش انتخاب شد. برای این منظور از داربستهای پایه کلاژنی و معماری حفرات با استفاده از سطوح ضمنی استفاده گشت. با به کار گیری قضیهی برهمکنش سیال و سازه برای شبیه سازی و حل آن به شیوهی کوپلینگ دو طرفهی معادلات، نتایج به دست آمده نشان می دهند که شبکهی میکروتوبولها تاثیر عمدهای در تحمل تنشهای فشاری اعمالی به سلول ایفا می کنند. همچنین تاثیر افزایش سختی بستر و ضخامت آن به ترتیب در افزایش و کاهش تنشهای وارده به سلول از جانب بستر به میزان حد اکثر 15 درصد مشاهده شد. در دستهی آخر شبیه سازیها نیز روشن شد که ریزساختار داربست و معماری حفرات آن تاثیر اساسی در بهبود دسترسی جریان سیال به نقاط مختلف داربست دارد که این اثر در کنار بهینه سازی شرایط تنش برشی و فشار هیدرودینامیکی بهتر در سطوح مختلف داربست، باعث افزایش رسانش اکسیژن و عوامل تغذیهای نیز می شود. نتایج به دست آمده از این تحقیق در کنار سایر تحقیقات مشابه می توانند به عنوان یک راهنما برای محققین جهت بهینه سازی شرایط ریزمحیطی سلول بنیادی در محیط کشت آزمایشگاهی و در نهایت دستیابی به نتایج کارآمدتر در پژوهشهای مرتبط با مهندسی سلولهای بنیادی قلمداد شوند.
- Abstract
- Investigating the mechanochemical stimuli on stem cells under in vitro and in vivo condition is a very important topic to reach a better control on cellular responses like growth, proliferation and differentiation. Many investigations carried out about biomechanical factors involved in this phenomenon and nowadays, it is proved that some factors like as cell morphology, subcellular elements configuration, scaffold architecture, substrate stiffness and mechanical stimulation via substrate displacement or fluid flow, have got an important effects on cellular responses. In this study, we have tried to evaluate the responses of stem cell to some of these factors by the means of finite element method. Among them, the effect of interconnected network of microtubules, thickness and stiffness of substrate and the effect of scaffold architecture and hydrodynamic characteristics of fluid flow was selected as the goal of this research. For these purpose, we have used collagen-based scaffolds and the implicit surface of pore architecture. Deploying the Fluid-structure interaction theorem for the simulation and solve it by two-way coupling method of equations, the results show that the interconnected network of microtubules is the dominant withstanding element under compressive load exerted to cell. Also, we have found that the increase in thickness and stiffness of the substrate will result in an increase and decrease of cell-substrate stresses, respectively. In the last simulations, it was elucidated that the scaffold microstructure and pore architecture have an important effect on accessibility of the fluid to different portions of the scaffold. This leads to optimization of shear stress and hydrodynamic pressure in different surfaces of the scaffold and better transportation of oxygen and growth factors as well. These results, along with other similar investigations, could be used as an instructor by the researchers to optimize the stem cell’s microenvironment in vitro, an
