مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه مدلی هایپر‌ویسکوالاستیک برای سلول بنیادی تحت بارگذاری تناوبی به منظور مدولاسیون مکانیکی در راستای تمایز به سلول‏های غضروف لیفی

نویسندگان
1 استادیار/دانشگاه تهران
2 دانشجو/دانشگاه تهران
چکیده
سلول‏های بنیادی مزنشیمال به خاطر داشتن توانایی خودنوزایی و تمایز به رده‏های گوناگون سلولی گزینه‏های ایده‏آل مهندسی بافت بازایجادگر هستند. این سلول‏ها در پاسخ به تحریکات مکانیکی مانند کرنش‏های تناوبی به سمت تمایز یافتن به سلول‏هایی که در درون بدن بارگذاری مشابهی را تجربه می‏کنند، مانند سلول‏های استخوانی و غضروفی، هدایت می‏شوند. در این تحقیق هدف بررسی اثر کرنش تناوبی 10 درصد با فرکانس 1 هرتز روی پاسخ مکانیکی یک سلول مزنشیمال کاشته شده درون یک بلوک فیبرینی، به روش اجزای محدود و با در نظر گرفتن نقش اینتگرین‌ها و به‌کارگیری مدل هایپرویسکوالاستیک سیمو برای اسکلت سلول است تا زمانی که این بارگذاری تک محوره، از طریق مدولاسیون مکانیکی، سلول را در مسیر تمایز به یک سلول بالغ غضروف لیفی قرار دهد. نتایج مدل ارائه شده نشان می‏دهد که متوسط تنش‏های محیطی، شعاعی و برشی به ترتیب تا 240، 260 و 140 پاسکال و نیروهای متناظر تا 24، 45 و 15 پیکونیوتن می‏رسند که برای انگیزش سلول به پاسخی متفاوت نسبت به شرایطی که در آن بارگذاری وجود ندارد، کافی است. نتایج این پژوهش می‌تواند در راستای طراحی بهتر آزمایشات زیستی بسیار موثر باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A Hyper-Viscoelastic Model for an Individual Stem Cell Subjected to Cyclic Loading for Mechanical Modulation toward Differentiating to Fibrochondrocytes

نویسندگان English

Bahman Vahidi 1
Esmaeel Rahimpour 2
Zahra Mollahoseini 2
1 Assistant professor/University of Tehran
2 MSc student/University of Tehran
چکیده English

Stem cells due to their ability of self-renewing and the potential of differentiating to different cell lineages are the ideal choices in regenerative tissue engineering. Under cyclic loading, these cells could differentiate to those kind of cells that experience similar conditions inside the body, like osteocytes and chondrocytes. In this research, the purpose is to investigate the effect of the 10 percent cyclic strain with the frequency of 1 Hertz on the mechanical response of a single mesenchymal stem cell cultured in a fibrin hydrogel block, using the finite element method and considering the role of integrins and implementing the Simo’s hyper-viscoelastic model for the cytoskeleton as long as the uniaxial loading leads the cell to differentiate toward Fibrochondrocyte. The results of presented model show that the averages of the circumferential, radial and shear stresses are 240, 260 and 140 Pascal, respectively and corresponding forces are 24, 45 and 15 Pico-Newton. The results imply that stresses and forces generated inside the cytoskeleton are large enough to elicit a different response from the cell. This research results can be very effective for better designing of biological experiments.

کلیدواژه‌ها English

Mesenchymal stem cells
Cyclic loading
Hyper – viscoelasticity
Focal adhesions
Chondrogenic differentiation