اثر کشش استاتیک بر جهت گیری سلول های مزانشیمال انسانی

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشیار، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

4 مربی، مرکز تحقیقات نانوتکنولوژی پزشکی و مهندسی بافت، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی

5 دانشیار، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران،

6 دانشیار، بانک سلولی ایران، انیستیتو پاستور ایران،

10.22041/ijbme.2010.13343

چکیده

کارکرد حیاتی سلول های بدن به بارهای مکانیکی که این سلول ها تجربه می کنند؛ وابسته است. سلول ها بسته به شرایط مکانیکی محیط مجاور خود ریخت و شکل ویژه ای دارند. در مهندسی بافت، دستیابی به سلول های هم ریخت و همسو در اغلب موارد مطلوب است و روش های گوناگون برای این کار پیشنهاد شده است. به عنوان مثال، سلول پس از بارگذاری دوره ای، باریک تر می شود و به صورت دسته های همسو با زاویه ای مشخص نسبت به محور کشش قرار می گیرد. کشش استاتیک (ثابت) نیز تغییراتی در ریخت سلول، ماتریس برون سلولی، بیان آنزیم ها و ترشح ژن ها ایجاد می کند. در این تحقیق به بررسی نقش کشش استاتیک سلول ها در همسو نمودن آنها پرداخته شده است. به این منظور، سلول های مزانشیال روی بستر الاستیک کاشته شدند و تحت بارگذاری استاتیک قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بارگذاری10% پس از 24 ساعت رشته های اکتین در ساختار درون سلولی را همسو می کند. همچنین کشش 20% تاثیر قابل ملاحظه ای در همسو کردن سلول ها داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Static Stretch on Alignment of Human Mesenchymal Stem Cells

نویسندگان [English]

  • Mohsen Rabbani 1
  • Mohammad Tafazzoli Shadpour 2
  • Zahra Goli Malekabadi 3
  • Mohsen Janmaleki 4
  • Mohammad Taghi Khorasani 5
  • Mohammad Ali Shokrgozar 6
1 PhD Candidate, Biomechanics Group, School of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Associate Professor, Biomechanics Group, School of Biomedical Engineering, Amir Kabir University of Technology
3 M.Sc Student, Biomechanics Group, School of Biomedical Engineering, Amir Kabir University of Technology
4 Research Scientist, Nano Medicine & Tissue Engineering Research Center, Shahid Beheshti University of Medical Sciences
5 Associate Professor, Iran Polymer and Petrochemical Research Institute
6 Associate Professor, National Cell Bank, Pasteur Institute of Iran
چکیده [English]

Vital function of the cell is correlated with the mechanical loads that the cell experiences. The cell shape and morphology are also related to its mechanical environments. Different methods have been proposed to obtain cell groups with the same morphology and alignment which considered desirable features in tissue engineering applications. For instance, applying cyclic loading makes cells elongated and aligned as bundles in a specific direction to the tension axis. Applying static stretches also affect the cells morphology, extra-cellular matrix, enzymes secretion and genes expression. The effect of applying in vivo static stretch on cellular alignment was evaluated in this study. Human mesenchymal stem cells (hMSCs) were cultured on the elastic membrane, and then subjected to static stretch. The results demonstrated that applying a 10% static stretch for 24 hours aligns intra-structure actin filaments and applying a 20% static stretch had a significant effect on the arrangement of the oriented fibers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Static stretch
  • Cellular loading
  • Cellular alignment
  • Human Mesenchymal stem cell
  • Tissue engineering
[1]     Huang S., Ingber D.E., The structural and mechanical complexity of cell-growth control, Nat Cell Biol, 1999; 5: 131-8.

[2]     Neidlinger-Wilke C., Grood E.S., Wang J.H.C., Brand R.A., Claes L., Cell alignment is induced by cyclic changes in cell length: studies of cells grown in cyclically stretched substrates, Journal of Orthopaedic Research, 2001; 19: 286-293.

[3]     Jungbauer S., Kemkemer R., Gao H., Dynamics of cell alignment and altered morpholgoy induced by cyclically stretched substrates, Journal of Biomechanics, 2006; 39: 232-232.

[4]     Park J.S., Chu J.S., Cheng C., Chen F., Chen D., Li S., Differential effects of equiaxial and uniaxial strain on mesenchymal stem cells, Biotechnol Bioeng, 2004; 88: 359-368.

[5]     Haghighipour N., Tafazzoli M., Topological remodeling of cultured endothelial cells by characterized cyclic strains, Mol Cell Biomech, 2007; 4: 189-199.

[6]     Iba T., Sumpio B.E., Morphological response of human endothelial cells subjected to cyclic strain in vitro, Microvascular Research, 1991; 42: 245-254.

[7]     Cha J.M., Park S.N., Noh S.H., Suh H., Timedependent modulation of alignment and differentiation of smooth muscle cells seeded on a porous substrate undergoing cyclic mechanical strain, Artif Organs, 2006; 30: 250-258.

[8]     Liu B., Qu M.J., Li Z.K., Li H., Jiang Z.L., Effect of frequency of cyclic tensile strain on vascular smooth muscle cell alignment, Journal of Biomechanics, 2006; 39: 314-314.

[9]     Liu B., Qu M., Qin K., Li H., Li Z., Shen B, Role of Cyclic Strain Frequency in Regulating the Alignment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro, Biophysical Journal 2008; 94: 1497-1507.

[10] Zhang L., Kahn C., Chen H., Tran N., Wang X., Effect of uniaxial stretching on rat bone mesenchymal stem cell: Orientation and expressions of collagen types I and III and tenascin-C, Cell Biology International, 2008; 32: 344-352.

[11] Guyton C., textbook of medical physiology, Elsevier 2005.

[12] Asanuma K., Magid R., Johnson C., Nerem R., Galis Z., Uniaxial strain upregulates matrix-degrading enzymes produced by human vascular smooth muscle cells, Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2003; 284: 1778-1784.

[13] Milkiewicz M., Mohammadzadeh F., Ispanovic E., Gee E., Haas T.L., Static strain stimulates expression of matrix metalloproteinase-2 and VEGF in microvascular endothelium via JNK- and ERKdependent pathways, J Cell Biochem, 2007; 100: 750- 761.

[14] Yu J.G.and Russell B., Cardiomyocyte remodeling and sarcomere addition after uniaxial static strain in vitro, J Histochem Cytochem, 2005; 53: 839-844.

[15] Wall M.E., Weinhold P.S., Siu T., Brown T.D., Banes A.J., Comparison of cellular strain with applied substrate strain in vitro, J Biomech, 2007; 40: 173-181.

[16] Kurpinski K., Chu J., Hashi C., Li S., Anisotropic mechanosensing by mesenchymal stem cells, Proc Natl Acad Sci USA, 2006; 103: 16095-16100.

[17] Moretti M., Prina-Mello A., Reid A.J., Barron V., Prendergast P.J., Endothelial cell alignment on cyclically-stretched silicone surfaces, J Mater Sci Mater Med, 2004; 15: 1159-1164.