نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی پزشکی، واحد علوم وتحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی

10.22041/ijbme.2010.13342

چکیده

سرطان، اسکلت سلولی را دچار تغییر می کند و این تغییر با تاثیر بر مکانیک سلول توانایی آن را برای تغییر شکل تغییر می دهد و در نتیجه، قدرت حرکت سلول های سرطانی می تواند با سلول های سالم متفاوت بوده و باعث شود که آنها در طول بافت به جاهای مختلف بدن انسان مهاجرت کنند. در این تحقیق با ارائه مدل اجزای محدود معتبر برای یک سلول سرطانی آغاز می شود و سپس تاثیر تغییرات عوامل مختلف مانند ضخامت غشاء، الاستیسیته، کرنش وارد بر سلول و فرکانس بر نیروی عکس العمل یک سلول سرطانی بدخیم بررسی می شود. تحقیقات نشان می دهد تغییرات بیومکانیکی ایجاد شده در سلول سرطانی- که خود نتیجه تغییرات بیوشیمیایی در سلول است- اثرات قابل توجهی بر قابلیت تغییر شکل پذیری سلول دارد. در این مطالعه مشاهده شد که با افزایش الاستیسیته غشاء؛ افزایش نیروی عکس العمل و با افزایش فرکانس؛ افزایش نیروی عکس العمل و با افزایش ضخامت غشاء؛ کاهش نیروی عکس العمل و در نهایت با افزایش کرنش وارد از سوی مویرگ ها؛ افزایش نیروی عکس العمل را خواهیم داشت. همچنین چهار مدل ریاضی ساده برای بیان عددی این روابط ارائه شده است که امکان مقایسه نتایج یک سلول خوش خیم و یک سلول بدخیم را میسر ساخته اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling the Effects of Biomechanical Factors on the Deformability of Metastatic Cancer Cells

نویسندگان [English]

  • Mehdi Navidbakhsh 1
  • Milade Jafarnejad 2

1 Associate Professor, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology

2 M.Sc Graduated, BioMedical Engineering School, Research and Sciences Branch, Islamic Azad University

چکیده [English]

The cancer changes the cytoskeleton of the cells .This change has some effects on the cell mechanobiology and will lead to some changes in the deformability of the cells. The moving ability of the cancer cells would be more than healthy cells. Thus, they can migrate through the tissue in human body. In this survey, a valid FEM of a cancer cell is presented. Then the effects of various factors such as membrane thickness, elasticity, strain, and frequency response are studied during a process of being converted from normal cells into cancerous malignant cells. Besides, the initial mathematical models are provided. The results clarify that an increase in membrane elasticity, strain, and frequency would lead to increase in the reaction force. However, an increase in the membrane thickness decreases the reaction force.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cell skeleton
  • Finite element
  • Cancer cell
  • Deformability
  • Viscoelasticity

[1]     Suresh. S., Biomechanics and biophysics of cancer cells. Acta Biomaterialia, 2007; 3: 413–438.

[2]     Suresh S., Spatz J., Mills J.P., Micoulet A., Dao Lim C.T., Beil M., Seufferlein T., Connections between single-cell biomechanics and human disease states: gastrointestinal cancer and malaria. Acta Biomaterialia, 2005; 1: 15–30.

[3]     Janmey P.A., Euteneuer U., Traub P., Schliwa M., Viscoelastic properties of vimentin compared with other filamentous biopolymer networks. J Cell Biol 1991; 113: 155–60.

[4]     Martin R.B., Burr D., Sharkey N., Skeletal tissue mechanics. NewYork: Springer-Verlag; 1998: 16-26.

[5]     Vaziri A., Gopinath A., Deshpande V.S., Continuumbased computational models for cell and nuclear mechanics. The Journal of Mechanics of Materials and Structures, 2007; 2 (6): 21-30.

[6]     Hochmuth R.M., Micropipette aspiration of living cells .J Biomech, 2000; 33: 15-22.