نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• پویا عبدی ¹
• بهمن وحیدی ²

¹ دانشجوی دکتری/دانشگاه تهران

² دانشیار/دانشگاه تهران

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 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.

کلیدواژه‌ها

• مدلسازی سلولی
• رگزایی
• ماتریس خارج سلولی
• آرایش فیبری
• هدایت سلولی

موضوعات

• مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی

عنوان مقاله [English]

Effect of matrix fiber orientation under fluid flow on endothelial vasculogenesis using Cellular Potts model

نویسندگان [English]

• Pooya Abdi ¹
• Bahman Vahidi ²

¹ PhD candidate in Biomedical Engineering/University of Tehran

² Associate professor/University of Tehran

چکیده [English]

Topography of extracellular matrix plays a major role in many biological events including tissue healing, morphogenesis and growth. It is known that matrix constitution and mechanical properties are deciding factors in governing the fate of its inhabitant cells. Besides the direct mechanical cues, matrices also facilitate the release and uptake of certain chemicals and participate in cell-cell and cell-ECM crosstalk. Mechanical strains in the matrix are proved to direct endothelial cell migration and elongation leading to angiogenesis, and there is a consensus that matrix stiffness, fiber density and fiber orientation can enhance angiogenesis in the preferred direction of stiffness gradient. In this study, we specifically investigated the role of topography in guidance of endothelial self-reorganization prompted by the effect of fluid flow hindrance and facilitation in certain directions. We adopted our previous model of fluid flow guided angiogenesis for cellular responses. Lattice Boltzmann model of fluid flow was adopted and modified to study the effect of unidirectional and randomly oriented fibers. To study the effect of fiber orientation, we customized a previously proposed model of porosity in lattice Boltzmann to suit this purpose. This model could reproduce the effects of fiber orientations in matrix on endothelial migration and vasculogenesis. Simulations showed better confluency of formed lumens when prescribed flow is in the direction of fiber orientation. These results can have further implications in understanding endothelial complications in certain diseases as well as in tumor angiogenesis and metastasis.

کلیدواژه‌ها [English]

• Cellular Potts model
• Angiogenesis
• Extracellular matrix
• Fiber orientation
• Cellular guidance