تحليل پاسخ مژك اوليه سلول به جريان سيال نوساني با استفاده از روش برهم‌كنش سيال-سازه

Computational investigation on the response of primary cilia of the cell to the oscillatory fluid flow using fluid-structure interaction method

مژك‌هاي اوليه اندامك‌هايي هستند كه از سطح سلول به سمت فضاي خارج سلولي بيرون زده‌اند و نقش گيرنده تحريك مكانيكي را در سلول به‌عهده دارند. به-واسطه كانال‌هاي يوني وابسته به كشش در پايه خود به‌عنوان عامل القاي تمايز استئوژنيك به سلول بنيادي شناخته مي‌شوند. مژك تحت تأثير جريان سيال عبوري از سطح سلول دچار تغيير شكل مي‌شود كه اين تغيير شكل باعث باز شدن كانال‌هاي يوني وابسته به كشش مي‌گردد. در اين پژوهش مژك به صورت الاستيك خطي مدل شده و پاسخ آن به جريان سيال بررسي شده است. جنبه نوآورانه اين پژوهش، اعمال جريان نوساني سيال بر مژك و ارزيابي پاسخ آن به اين جريان سيال است در اين پژوهش از روش برهم‌كنش سيال و سازه براي بررسي پاسخ مژك به جريان سيال استفاده‌شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد كه در حالت نوساني بيشنه كرنش در پايه مژك، كه كانال هاي وابسته به كشش تحمل مي‌كنند بيشتر از جريان پايا است. بر همين اساس، كانال‌هاي يوني وابسته به كشش، كرنش بيشتري را تجربه خواهد كرد. به صورت كلي نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي‌دهد در صورت استفاده از جريان سيال نوساني تحريك مكانيكي توسط مژك بهتر حس شده و پيش بيني مي‌شود در صورت اعمال جريان سيال نوساني بر سلول بنيادي تمايز استئوژنيك در آن تسهيل يافته تر صورت گيرد.

Primary Cilia is appendage that extrudes from cell surface into the extracellular matrix .These organelles play a sensor role for mechanical stimulation in the cell and due to stretch ion channels in its base, play critical role in induce osteogenic differentiation of stem cells. Primary cilia deflected under fluid flow passing through the surface of the cell, which deflection causes tensile ion channels to be opened. In this study, cilia is assumed as linear elastic. The innovative aspect of this research is exerting of oscillatory fluid flow to the primary cilia and evaluating the response of cilia to the fluid flow. The results show that under conditions of exerting the oscillatory fluid flow, maximum strain occur in the base of the cilia which is experienced by tensile ion channels, is 0.5 and in the condition of steady flow is 0.3, Accordingly, mechanical stimuli are sensed by the tensile ionic channels during oscillatory flow higher than steady flow. osteogenic differentiation of stem cells, in addition, the result showed that by using the oscillatory fluid flow the mechanical stimulation better senses by cilia and It is anticipated that exerting oscillatory fluid flow facilitate osteogenic differentiation of stem cell.