عنوان پایان‌نامه
بررسی تغییرات مورفولوژی سلولهای بنیادی مزانشیمی در مسیر تمایز به رده سلولی عضله صاف تحت اثر نیروی کشش سیکلی تک محوره با استفاده از روشهای محاسباتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی پزشکی - بیومکانیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74162;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74162
- تاریخ دفاع
- ۲۵ اردیبهشت ۱۳۹۵
- دانشجو
- پوریا اسماعیلی
- استاد راهنما
- بهمن وحیدی
- چکیده
- تحریک‌های مکانیکی منتقل شده از محیط خارج سلولی نقش کنترل کننده در تنظیم ساختار، عملکرد و سرنوشت سلولهای زنده ایفا می‌کند. به هر حال، ذات دقیق این مکانیزم‌ها و فرایند‌ها که در بطن این حساسیت به تحریکات مکانیکی وجود دارد، باید به درستی درک شود. در پاسخ به نیروهای خارجی، سلولهای چسبیده به سطح از حالت آرایش تصادفی، به حالت منظم و یکنواخت بسته به کشش اعمالی، بازآرایی می‌شوند. افزون بر این، در سطح زیر سلولی، اسکلت سلولی و همچنین رشته‌های تنشی با قطبی شدن، نیروهای داخلی انقباضی ایجاد می‌کنند که موجب بازآرایی سلول‌ها در زاویه‌ای مشخص می‌شوند. در پژوهش حاضر، به بررسی محاسباتی پاسخ تک سلول طراحی شده به کشش سیکلی زیرلایه پرداخته شده است. به عبارتی دیگر، تغییرات مورفولوژی سلولهای بنیادی مزانشیمی که تحت کشش سیکلی قرار گرفته‌اند در مسیر تمایز به سلولهای عضله صاف مورد بررسی قرار گرفت. نوآوری پژوهش پیشرو در حوزه‌ی شبیه‌سازی تغییرات مورفولوژی و مدل مکانیکی مورد استفاده است و با توجه به ملاحظات انجام شده، مدل مکانیکی غیر خطی (ویسکوالاستیک) در نظر گرفته شده است. از آن جا که هدف اصلی پژوهش ارائه‌ی مدل شبیه‌سازی شده از تغییرات موفولوژی سلول بنیادی مزانشیمی است، تمرکز در قسمت محاسباتی و شبیه‌سازی است. به این منظور تک سلول بنیادی با توجه به ابعاد سلولهای بنیادی مزانشیمی در نرم‌افزار کامسول طراحی گردید و خواص مکانیکی وابسته به زمان ویسکوالاستیک برای آن تعریف شد. کرنش سیکلی تک محوره به زیرلایه شبیه‌سازی شده و فرکانس اعمال این کرنش به عنوان یکی از پارامترهای متغیر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین زاویه‌ی خوابیدگی سلول روی بستر از 10 تا 90 درجه تغییر داده شد و مورد بررسی قرار گرفت. از سویی دیگر مدول الاستیک بستر و تغییرات کرنش اعمالی نیز در مقادیر مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده حاکی از وابستگی شدید توزیع تنش روی سطح و هسته‌ی سلول به زاویه‌ی خوابیدگی است. اگر چه فرکانس اعمال کرنش نقش چشمگیری در تغییر تنش اعمال شده به سلول ندارد، اما مدول الاستیک بستری که سلول روی آن کشت شده است عامل مهمی در توزیع تنش بشمار می‌آید.
- Abstract
- Mechanical stimuli transmitted from extracellular environment play a controlling role on living cells’ structural modulation, performance, and fate. However, the precise nature of mechanisms and processes underlying this sensitivity for mechanical stimuli remains still unclear. To response external forces, adherent cells are reoriented from random orientation to an ordered and homogenous one, regarding the applied strain direction. Furthermore, in subcellular scale, cytoskeleton and stress filaments with polarization generate inner contractile forces leading to reorientation of a cell in a specific angle. In the present study, the computational analysis of single cell response to substrate cyclic strain was done. Morphological changes of mesenchymal stem cells under cyclic strain toward myogenic differentiation also were analyzed. The novelty of this study is to simulate the morphological changes and presentation of a mechanical model which considers a nonlinear mechanical property (viscoelastic). The main goal of this study is to develop a simulation point of view for morphological changes of a mesenchymal stem cell, and emphasizing on computational analysis. To achieve this goal, mesenchymal stem cells with real size were designed using Comsol software and time dependent mechanical properties were applied for them. Uniaxial cyclic strain is applied to the substrate and the frequency of strain was considered as one of the variables. Lying angle of the cell on the substrate was varied from 34 to 90°. The Young’s modulus of substrate also was varied. The results showed strong dependency of distribution of stress over cell membrane and nuclei to lying angle. Even though strain applying frequency did not show significant effect of stress distribution, but Young’s modulus of the substrate played an important role on it.
