نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی -مهندسی بافت، دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین
2 استادیار مهندسی پزشکی، دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین
3 بانک سلولی ایران، انیستیتو پاستور ایران
چکیده
سلولهای بدن، ازجمله سلولهای بنیادی مزانشیمی در معرض نیروهای مکانیکی مختلفی قرار دارند. نوع و بزرگی این نیروها در شرایط مختلف فیزیولوژیک و پاتولوژیک متفاوت بوده و پاسخهای بسیار متنوعی در سلولها ایجاد میکند که توانایی تغییر عملکرد سلول را دارد. بررسی پاسخ سلولهای بنیادی به نیروهای مکانیکی در شناخت عملکرد سلولها و بافتها در شرایط سالم و بیمار از اهمّیّت بالایی برخوردار است. توانایی تمایز سلولهای بنیادی مزانشیمی به دیگر سلولها، آنها را به یک منبع سلولی بسیار مهم در مهندسی بافت تبدیل کردهاست. درین مطالعه، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی و روش محاسباتی اجزای محدود، به شبیهسازی اثر بارگذاریهای مکانیکی بر سلول بنیادی پرداخته شد که شامل بررسی رفتار سلول، متأثر از رفتار اجزای داخلی آن، از طریق توزیع تنش و تغییر شکلهای بزرگ است. درین طرح، نرمافزار اجزای محدود آدینا برای شیبهسازی رفتارهای اِلاستیک خطی و هایپرالاستیک اجزای سلول (غشای سلول، سیتوپلاسم و هسته) تحت بار فشاری به کار گرفتهشد. نتایج حاصل، نشان دهندهی پاسخ مکانیکی سلول بنیادی در بدن است که در اثر اِعمال بار فشاری در محدودهی مورد بررسی فیزیولوژیک، قابلیت تمایز به سلولهای استخوانی و غضروفی را دارد. جنبههای نوآوری برجستهی این حوزه تحقیق، استفاده از نوع سلول (سلول بنیادی بافت همبندی چربی)، به کارگیری اجزای سلولی و نیز استفاده از مدلهای محاسباتی دقیقتر برای اجزای سلولی با بهرهگیری از دادههای آزمایشگاهی از خواص مکانیکی سلول است. این پژوهش میتواند گام اوّلیهی مهمّی در تحقیقات از سلولهای مختلف بیمار و بررسی پاسخهای آن سلولها به بارگذاریهای مکانیکی با روش مشابه در جهت یافتن روشهای درمانی جدید باشد و باعث تعمیق مطالعات آسیب شناسی بافت و سلول خواهد شد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Numerical analysis of a single cultured mesenchymal stem cell under pressure stimulation using atomic force microscopy and finite element method
نویسندگان [English]
- Zakieh Alihemmati 1
- Bahman Vahidi 2
- Nooshin Haghighipour 3
1 MSc of Biomedical Engineering-Tissue Engineering, Faculty of New Sciences and Technologies (FNST), University of Tehran, Tehran, Iran
2 Assistant Professor of Biomedical Engineering, Faculty of New Sciences and Technologies (FNST), University of Tehran, Tehran, Iran
3 National cell bank of Iran, Pasteur Institute of Iran, Tehran, Iran
چکیده [English]
Body cells, including mesenchymal stem cells are subject to a lot of mechanical forces. The type and magnitude of these forces are different in different physiological and pathological conditions. They cause a wide variety of cell responses and are able to change metabolisms and functions of the cell. Analysis of stem cell response to mechanical stimulation is very important in recognizing healthy and diseased condition of tissues and cells. Differentiation potential of mesenchymal stem cells to specialized cells makes them important cell sources in tissue engineering. In this study, atomic force microscopy and finite element method and used mechanical effects on a stem cellaresimulated which includes cell behavior due to strain andstress distributions in internal components of the cell. In this study, the ADINA software used to simulate mechanical behavior of the cell components (cell membrane, cytoplasm and nucleus) under a compressiveload. Results indicate mechanical response of stem cells in the body through which they can differentiate into bone cells and cartilage under compressive loads in the physiological range. This study has some considerable innovations as compared with the similar studies in the literature which is because of the kind of cells has been used (adipose-derived stem cells) as well as and also using precise material models for cell components based on the data extracted from laboratory tests for mechanical properties of the cell. Furthermore, this study can be considered as an important initial step for future studies on different patho-cells and analyzing their responses to mechanical loading using a similar method of this study to find new diagnostic methods. Also, it can be used to deepen pathological studies of the cells and the tissues.
کلیدواژهها [English]
- Mechanical regulation of stem cell behavior
- mechanical properties of the cell
- finite element method
- cell Mechanics