مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی
پویا عبدی؛ بهمن وحیدی
دوره 17، شماره 1 ، خرداد 1402، ، صفحه 41-50
چکیده
توپوگرافی ماتریس خارج سلولی نقش مهمی در بسیاری از رویدادهای بیولوژیکی از جمله بهبود بافت، مورفوژنز و رشد دارد. مشخص شده است که ساختار ماتریس و خواص مکانیکی آن از جمله عوامل تعیین کننده در تعیین سرنوشت سلول های ساکن آن هستند. علاوه بر عوامل مستقیم مکانیکی، ماتریسها همچنین آزادسازی و جذب برخی مواد شیمیایی را تسهیل میکنند و در برهم ...
بیشتر
توپوگرافی ماتریس خارج سلولی نقش مهمی در بسیاری از رویدادهای بیولوژیکی از جمله بهبود بافت، مورفوژنز و رشد دارد. مشخص شده است که ساختار ماتریس و خواص مکانیکی آن از جمله عوامل تعیین کننده در تعیین سرنوشت سلول های ساکن آن هستند. علاوه بر عوامل مستقیم مکانیکی، ماتریسها همچنین آزادسازی و جذب برخی مواد شیمیایی را تسهیل میکنند و در برهم کنش های سلولی و سلول- ماتریس شرکت میکنند. ثابت شده است که کرنش های مکانیکی در ماتریس، مهاجرت و طویل شدن سلولهای اندوتلیال را که منجر به رگزایی میشود، هدایت میکنند و اتفاق نظر وجود دارد که سفتی ماتریس، تراکم فیبر و جهتگیری فیبر میتواند رگزایی را در جهت گرادیان سفتی افزایش دهد. در این مطالعه، به طور خاص نقش توپوگرافی در هدایت خودسازماندهی سلولهای اندوتلیال ناشی از اثر مانع در مقابل جریان مایع و تسهیل جابجایی سلولی در جهتهای خاص بررسی شد. برای این کار مدل قبلی خود از رگ زایی هدایت شده با جریان مایع را برای پاسخ های سلولی انتخاب کردیم. مدل شبکه بولتزمن جریان سیال برای مطالعه اثر الیاف یک طرفه و جهتگیری های تصادفی الیاف اتخاذ و اصلاح شد. برای مطالعه اثر جهت گیری فیبر، یک مدل پیشنهادی قبلی از تخلخل در شبکه بولتزمن را برای مطابقت با این هدف اصلاح و بهبود داده شد. این مدل میتواند اثرات جهتگیری فیبر در ماتریس را بر مهاجرت اندوتلیال و وسکولوژنز بازتولید کند. شبیهسازیها پیوستگی بهتر لومنهای تشکیلشده را زمانی که جریان محلی در جهت جهت فیبر باشد، نشان داد. این نتایج میتواند پیامدهای قابل مطالعه ای در درک نارسایی های سلول های اندوتلیال در برخی بیماری ها و همچنین در رگ زایی و متاستاز تومور داشته باشد.
مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی
میلاد مهدینژاد آسیابی؛ بهمن وحیدی
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، ، صفحه 345-355
چکیده
امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیبدیده به واسطهی علم پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافتهای درون بدن برای تامین اکسیژن و مواد مغذی سلولهای منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از 100-200 mm به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، به تشکیل عروق خونی جدید نیاز است که این محدودیت برای بافتهای مهندسی شده نیز صدق میکند. ...
بیشتر
امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیبدیده به واسطهی علم پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافتهای درون بدن برای تامین اکسیژن و مواد مغذی سلولهای منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از 100-200 mm به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، به تشکیل عروق خونی جدید نیاز است که این محدودیت برای بافتهای مهندسی شده نیز صدق میکند. بنابراین یکی از پیشنیازهای بافت برای زنده ماندن و رشد، وجود عروق است. یک روش برای رفع این محدودیت استفاده از کانالهای ریزسیال است که به واسطهی ایجاد لایهای از سلولهای اندوتلیال بر دیوارهی کانال و اعمال جریان به صورت برونتنی ایجاد میشود. در این مطالعه، کانالها درون داربستی از جنس کلاژن نوع اول با تخلخل ۸۱% قرار گرفته و کانالی نیز با کاربرد تخلیهی لنفاوی برای داربست در نظر گرفته شده است. هندسهی کانال جریان بر اساس قانون موری ایجاد شده است. تاثیر پارامترهایی چون شعاع کانال تخلیه، اختلاف فشار کانال جریان، هدایت هیدرولیکی داربست و هدایت هیدرولیکی عروقی بر فشار میاندیوارهای و تنش برشی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر زاویهی دوشاخگی بر تنش برشی ایجاد شده نیز مطالعه شده است. از روش اجزای محدود برای حل مساله استفاده شده است. در شبیهسازی روی یک رگ با قطر ۱۰۰ mm، حداکثر سرعت بینابینی برابر با 9-E50 m/s، حداکثر فشار بینابینی برابر با 3+E34/1 Pa و حداقل فشار میاندیوارهای برابر با 3+E49/1 Pa ارزیابی شده است. تنش برشی میانگین روی دیوارههای رگ برابر با 10 dyn/cm2 به دست آمده است. همچنین مشخص شده است که با کاهش فشار در خروجی کانال تخلیه، عایقبندی داخلی داربست از اختلاف فشار درون کانال جریان، کاهش هدایت هیدرولیکی عروقی، افزایش هدایت هیدرولیکی داربست و افزایش شعاع کانال تخلیه میتوان فشار میاندیوارهای مثبت را ایجاد و حفظ کرد. نتایج حاصل از این پژوهش میتواند در ایجاد بافت قابل کاشت متشکل از شبکهی عروقی و تخلیه مورد استفاده قرار گیرد.
مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی
محمد احمدی آلاشتی؛ بهمن وحیدی؛ مهتاب عباد
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، ، صفحه 1-15
چکیده
سطح وسیع ریه با حصارهای هوایی-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی قرار دارد. در این شرایط، در صورت آلوده بودن این ذرات، اثر متقابل ذرات-ریه روی هم میتواند خطرات و صدمات قابل توجهی را برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. از طرفی، از این واکنشها برای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده میشود. در هر دو حالت، تخمین دقیق مقدار ...
بیشتر
سطح وسیع ریه با حصارهای هوایی-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی قرار دارد. در این شرایط، در صورت آلوده بودن این ذرات، اثر متقابل ذرات-ریه روی هم میتواند خطرات و صدمات قابل توجهی را برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. از طرفی، از این واکنشها برای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده میشود. در هر دو حالت، تخمین دقیق مقدار و محل نشست ذرات در مجاری تنفسی، به عنوان مبنای درک مکانوبیولوژیکی این بیماریها به شمار میرود. گردآوری تجربی دادهها از انتقال ذرات در ریهی انسان فرایند بسیار دشواری میباشد. اما روش دینامیک سیالات-ذرات محاسباتی، امکان شبیهسازی دادههای انتقال ذرات در مدلهای واقعی را فراهم ساخته است. نشست ذرات آیروسول در ریهی انسان، از طریق ترکیب برخورد در اثر اینرسی، رسوب در اثر گرانش و انتشار روی میدهد. مکانیسم اصلی نشست ذرات در مجاری پایین دست، برای ذراتی با قطر آیرودینامیکی 5/0 تا 5 میکرومتر و در حالت انبساط ریه (در حالت دم)، رسوب ناشی از نیروی گرانش و انتقال همرفتی ناشی از حرکت دیوارهها میباشد. در این پژوهش، جریان سیال-ذره در نسل 18-ام از مجاری تنفسی مدلسازی شده و میزان نشست ذرات در مجاری تنفسی برای دو حالت گرانش ناچیز و نرمال، با فرض تغییر مکان ایزوتروپیک در دیوارهها و میزان دبی ورودی 1 mg/s، مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج به دست آمده نشان میدهد که به دلیل توانایی نفوذ ذرات با قطر آیرودینامیکی کمتر از 5 میکرومتر به نواجی عمیق مجاری تنفسی، با ناچیز کردن اثر نیروی گرانش، میزان نشست ذرات در مجاری پاییندست سیستم تنفسی تا حد بسیار زیادی کاهش مییابد. ذرات با قطر 5 میکرومتر، تحت تاثیر برخورد اینرسی (که بیشتر در مجاری با قطر بزرگ و متوسط روی میدهد) و همچنین در اثر رسوب (که بیشتر در مجاری پاییندست عمل میکند)، دچار نشست میشوند.