شبیه‌سازی اثر جریان برشی سیال محیط کشت بر سلول‌های بنیادی با استفاده از داربست‌های مهندسی بافت سخت

Abstract

اهداف: داربست به‌عنوان سازه نگهدارنده سلول از اهمیت ویژه‌ای در مهندسی بافت استخوان برخوردار است. قرارگیری داربست در محیط کشت دینامیک، مانند بیوراکتور نفوذی، نقش پارامترهای مکانیکی از قبیل تنش برشی و فشار هیدرودینامیک را پررنگ‌تر می‌کند. از سویی دیگر، این پارامترهای مکانیکی به شدت متاثر از طرح داربست هستند. در این پژوهش به بررسی تاثیر طرح داربست استخوانی بر نحوه‌ عملکرد تحریک‌های مکانیکی و پیش‌بینی سرنوشت سلول‌های بنیادی مزانشیمی پرداخته می‌شود. مواد و روش‌ها: با استفاده از ابزار شبیه‌‌سازی کامپیوتری و روش‌های اجزای محدود، پنج داربست استخوانی (با نام‌های جیروید، جیروید پرتخلخل، دیاموند، IWP و داربست با شیب اندازه تخلخل) مبتنی بر توابع ریاضی سطوح ضمنی طراحی شدند و در محیط کشت دینامیک شبیه‌سازی‌شده تحت عبور جریان سیال با سرعت‌های ورودی ۱، ۱۰، ۲۵، ۵۰ و ۱۰۰ میکرومتر بر ثانیه قرار گرفتند. تجمع سلول‌ها روی داربست‌های جیروید و IWP به‌صورت یک لایه به ضخامت ۵/۸ میکرون در نظر گرفته شد. یافته‌ها: با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، داربست با طرح دیاموند بهترین عملکرد را از منظر یکنواختی تنش‌های ایجادشده به خود اختصاص داد. در حضور لایه‌ سلولی، تنش فون مایسز به میزان ۶۰ و ۵۰مگاپاسکال به‌ترتیب در داربست‌های جیروید و IWP به دست آمد که تمایز استخوانی را تسهیل خواهد نمود. نتیجه‌گیری: استفاده از داربست با شیب اندازه تخلخل موجب اعمال تنش‌های متفاوت در بخش‌های مختلف داربست می‌شود و این امر در مورد کاربردهای نوین داربست‌های استخوانی برای ایجاد تمایز‌های سلولی مختلف به‌طور همزمان بسیار مفید است.