نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو/دانشگاه تهران

2 دانشیار/دانشگاه تهران

10.22041/ijbme.2021.522904.1661

چکیده

امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیب دیده به واسطه‌ی پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافت‌های درون بدن برای تأمین اکسیژن و مواد مغذی سلول‌های منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از m ۲۰۰-۱۰۰ به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، نیاز به تشکیل عروق خونی جدید 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 شده‌اند. در این مطالعه، کانال‌ها درون داربستی از جنس کلاژن نوع اول با تخلخل ۸۱ درصد قرار گرفتند و کانالی نیز با کاربرد تخلیه لنفاوی برای داربست در نظر گرفته شد. هندسه‌ی کانال‌ جریان براساس قانون موری ایجاد شد. تأثیر 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 گرفت. همچنین تأثیر زاویه‌ی دوشاخگی بر تنش‌برشی ایجاد شده نیز مطالعه شد. از روش اجزای محدود برای حل مسئله استفاده شد. در شبیه‌سازی بر روی رگی با قطر m ۱۰۰، حداکثر سرعت بینابینی 50E-9 m/s، حداکثر فشار بینابینی 1.34E+3 Pa و حداقل فشار میان‌دیواره‌ای 1.49E+3 Pa، ارزیابی شد. تنش برشی میانگین بر روی دیواره‌‌های رگ برابر با 10 dyn/cm2 به دست آمد. مشخص شد که با کاهش فشار در خروجی کانال تخلیه، عایق بندی 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 استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Numerical Modeling of Vascularized Microfluidic Scaffold with Artificial Lymphatic Drainage System

نویسندگان [English]

  • Milad Mahdinezhad Asiyabi 1
  • Bahman Vahidi 2

1 دانشیار/دانشگاه تهران

2 Associate professor/University of Tehran

چکیده [English]

It is possible to replace or repair damaged tissue with regenerative medicine. Most tissues in the body rely on blood vessels to supply oxygen and nutrients to individual cells. New blood vessels are essential to grow tissue longer than 100-200μm due to limited oxygen delivery; This restriction also applies to engineered tissues. Therefore, one of the prerequisites for tissue survival and growth is the presence of vasculature. One way to overcome this limitation is to use microfluidic channels that are created by planting a layer of endothelial cells on the channel wall and applying in vitro flow. In this study, the channels were placed inside a type 1 collagen scaffold with 81% porosity, and a drainage channel was considered for the scaffold with lymphatic function. The geometry of the perfusion channel was based on Murray’s law. The effect of parameters such as drainage channel radius, perfusion channel pressure difference, scaffold hydraulic conductivity, and vascular hydraulic conductivity on transmural pressure and shear stress was investigated. The effect of the bifurcation angle on shear stress was also studied. The finite element method was used to solve the problem. In the simulation on a vessel with a diameter of 100 μm, the maximum interstitial velocity was 50E-9 m/s, the maximum interstitial pressure was 1.34E3 Pa, and the minimum transmural pressure was 1.49E3 Pa. The average shear stress on the vessel walls was 10 dyn/cm2. It was noted that reducing the pressure at the drainage channel outlet, the internal insulation of the scaffold from the pressure difference within the perfusion channel, reducing the vascular hydraulic conductivity, increasing the scaffold hydraulic conductivity, and increasing the radius of the drainage channel will create and maintain positive transmural pressure. The results of this study can be used in creating implantable tissue consisting of vascular network and drainage.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scaffold
  • Regenerative medicine
  • Microvascular tissue engineering
  • Murray&rsquo؛ s law
  • Transmural Pressure
  • Drainage