پديد آورندگان :
رحيم پور، اسماعيل دانشگاه تهران - دانشكده علوم و فنون نوين - گروه مهندسي علوم زيستي , وحيدي، بهمن دانشگاه تهران - دانشكده علوم و فنون نوين - بخش مهندسي پزشكي , ملاحسيني، زهرا دانشگاه تهران - دانشكده علوم و فنون نوين - بخش مهندسي پزشكي
كليدواژه :
پهن شدن سلول , كرنش سختي , روش اجزاي محدود , سلول بنيادي , شوارتز-كريستوفل
چكيده فارسي :
به منظور پيش بيني دقيق پاسخ سلولي، لازم است كه در كنار ساير عوامل، اثر پهن شدن سلول روي بستر، به عبارتي ديگر اثر سختي بستر نيز در نظر گرفته شود. هم چنين، تنش هاي ايجادشده روي هسته، بر اثر پهن شدن سلول، نقش تعيين كننده اي را در سرنوشت يك سلول بنيادي ايفا مي كنند. در اين پژوهش، اثر كرنش سختي يك سلول مزنشيمال، در مدلي دو بعدي از سلول، به كمك روش اجزاي محدود، با اعمال جابه جايي تابع زمان به مرز سيتوپلاسم، بررسي عددي شد. با استفاده از تبديل شوارتز-كريستوفل، مدلي براي پهن شدن سلول روي بستر ارائه شده است كه مي تواند در دست يابي به پاسخ دقيق سلولي راه گشا باشد. سه مدل مختلف براي اين پديده در نظر گرفته شده است. در مدل اول، با سلول به عنوان ماده اي غيرزنده رفتار مي شود. بدين معنا كه خواص مكانيكي آن تحت پهن شدن روي بستر ثابت مي ماند. دو مدل ديگر، كرنش سختي خطي و نمايي، مدل هاي فعال هستند. با مقايسه نتايج اين سه مدل با نتايج تجربي، مشخص گرديد كه فرض غيرفعال بودن سلول پاسخ را از ميزان دقيق آن دور مي سازد و در نظر گرفتن ماهيت زنده سلولي، در دو مدل خطي و نمايي، منجر به شباهت بيشتر نتايج، چه از نظر مقدار تنش و چه از نظر شيب تغييرات، با مشاهدات آزمايشگاهي مي شود. هم چنين، مشاهده شد كه با افزايش ميزان پهن شدن سلول روي بستر، اختلاف مقدار تنش بدست آمده براي هسته در مدل هاي فعال با مدل غيرفعال افزايش مي يابد، به نحوي كه تنش پيش بيني شده توسط مدل خطي به 2/3 برابر آنچه مدل غيرزنده پيش بيني مي كند، مي رسد.
چكيده لاتين :
In order to accurately predict the cellular response, it is necessary, along with other factors, to consider the effect of the cell spreading on the substrate. Also, the core tensions, due to the cell spreading, play a crucial role in the fate of a stem cell. Therefore, the exact prediction of these tensions is of particular importance. The effect of the strain stiffening of a mesenchymal cell, in a two-dimensional model, was investigated numerically using finite element method, by exerting a time function displacement, to the cytoplasm boundary. Utilizing Schwartz-Christoffel transformation, a model for cell-spreading was proposed that can be used to achieve accurate cellular responses. Three different models are considered. In the first model, the cell is treated as a non-alive material. That is, the mechanical properties remain constant on the substrate. Two other models, the linear and exponential strain-stiffening, are active models. By comparing the results of these models with the experimental results, it was found that the assumption that the cell is inactive departs the response from the exact amount. Therefore, considering the cell’s living nature, in both linear and exponential models, leads to more similarity of the results, both the tension value and the slope of the variations, with the experimental observations. Furthermore, by increasing the amount of the cell spreading, the difference in the amount of the nucleus stress in active models with the inactive model increases, so that the predicted tension by the linear model reaches 2.3 times that predicted by the non-alive model.
