عنوان پایان‌نامه
بررسی آزمایشگاهی و CFD از سلول های خاص در معرض جریان سیال : بررسی اثر پارامترهای مختلف جریان سیال بر پاسخ سلولی
- رشته تحصیلی
- مهندسی بافت
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61189;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 7
- تاریخ دفاع
- ۱۵ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- رزا واعظ قائمی
- استاد راهنما
- محمدحسین صبور, بهمن وحیدی
- چکیده
- درک مکانیزم‌های پاسخ سلول‌ها به تغییر شرایط مکانیکی محیط پیرامونشان که می¬تواند به عنوان یک فاکتور تمایزی در سلول‌های بنیادی مورد استفاده قرار گیرد، اولین و مهمترین گام در مهندسی بافت و پزشکی بازساختی می¬باشد. بررسی‌های متعددی در زمینه بهینه سازی فاکتور‌های شیمیایی تمایز سلول‌های بنیادی انجام شده است، اما مکانیزم‌های اصلی تبدیل تحریکات مکانیکی به پاسخ بیوشیمایی سلول‌ها هنوز ناشناخته است. اغلب شبیه سازی‌های انجام شده در بررسی رفتار‌های سلولی تاکنون، برای ساده سازی سلول را به شکل ایده آل کروی یا بیضوی در نظر گرفته اند. به سبب کمبود مطالعات در زمینه شبیه سازی بر مبنای تصویر واقعی سلول و فقدان اطلاعات و آزمایشات در مورد تغییر شکل‌های بزرگ سلولی در اثر برهم¬کنش ساختار-سیال که امکان مقایسه پاسخ حالت‌های فیزیولوژیک و پاتولوژیک را فراهم می¬آورد؛ نیاز به انجام پروژه‌های بنیادین در این راستا برای درک خواص مکانیکی سلول به شدت احساس می¬شود. در این پژوهش مدل اجزای محدود جدیدی با تمرکز بر خواص مکانیکی‌هایپرالاستیک اجزای داخلی سلول (سیتوپلاسم، هسته و غشا به عنوان مهمترین ارگانل‌های متحمل بار درون سلول) واقع در معرض جریان سیال، با استفاده از روش برهم¬کنش سیال-جامد ارائه شده است. نتایج این شبیه¬سازی نشان می‌دهد که در اثر اعمال جریان سیال با سرعت ها و فرکانس های متفاوت، تغییرشکل کلی سلول عمدتاً به¬صورت فشاری بوده است و تمرکز تنش بسیار بیشتری از تنش برشی اعمالی به سطح سلول در داخل سلول و به ویژه فصل مشترک هسته و سیتوپلاسم مشاهده می¬شود. این یافته¬ها در راستای نتایج آزمایشات تجربی تغییر محیط مکانیکی سلول های بنیادی، مکانیزم های درگیر در تمایز این سلول‌ها به‌گونه‌ای خاص در اثر اعمال تنش برشی ناشی از جریان را توجیه می‌نماید. واژه‌های کلیدی: بیومکانیک سلولی، برهم¬کنش سیال-جامد، شبیه سازی در مقیاس سلولی، دینامیک سیالات محاسباتی
- Abstract
- Cellular responses to mechanical conditioning and their underlying mechanisms as a key role in target-oriented differentiation of stem cells have been considered as the first and the most important step in tissue engineering and regenerative medicine. Several studies have investigated target-oriented differentiation of stem cells using biochemical factors, but the role of mechanical forces and how they induce specific biochemical responses inside the cells has still not elucidated. So far, almost all of the cellular simulations have considered the cell as an ideal sphere shape, in order to simplification. Considering the number of cell-specific simulations and experimental studies of cell large deformations, is limited; hence some principal studies are required for understanding cell biomechanics. In this study, a new finite element model focusing on hyperelastic mechanical properties of the cell and its organelles has been developed in a fluid flow using FSI method. The results of these simulations have illustrated Global Cell Deformation in form of total compression, as a result of different flow conditions. Furthermore, a high-stress concentration is observed in the interface of nucleus and cytoplasm of the cell. In conclusion, these findings are in a good agreement with the results of experimental investigations of mechanical conditioning for target-oriented stem cell differentiation; and explain the underlying mechanisems of mechanotransduction in these cells. Keywords: Cell Biomechanics, Fluid-Structure Interactions, Cell-Scale Simulation, Computational Fluid Dynamics
