شبیه‌سازی توزیع اکسیژن در داربست دارای شبکه‌ی کانال‌های میکروفلوییدیکی برای استفاده در مهندسی بافت

Abstract

علی‌رغم پیشرفت‌های حاصل در مهندسی بافت، یکی از مشکلات تولید بافت‌های ضخیم، نحوه‌ی اکسیژن‌رسانی به سلول‌های عمقی بافت مهندسی‌شده و ایجاد شبکه‌های رگی درون بافت‌ها می‌باشد‍‍. یکی از راه‌های مقابله با این مشکل، ایجاد شبکه‌ی کانال‌های میکروفلوییدیک درون داربست متخلخل می‌باشد، که این کانال‌ها می‌توانند علاوه بر بهبود اکسیژن‌رسانی‌، قالبی را برای ایجاد رگ‌های طبیعی حاصل از رشد سلول‌های رگ‌زا فراهم آورند. در این مقاله، توزیع اکسیژن محلول در آب در یک داربست دوبعدی دارای کانال‌های میکروفلوییدیکی شاخه‌ای با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‌سازی شده است. بدین منظور، معادلات جریان مایع و انتقال اکسیژن با استفاده از شرایط مرزی، شرایط اولیه و پارامترهای مناسب حل شده‌اند. توزیع اکسیژن در داربست بدون کانال و داربست‌های دارای کانال برای مراحل صفرم تا سوم دو شاخه‌شدن با زاویه‌ی شاخه‌ای ۴۵ درجه به دست آمده است. نتایج نشان داد که یک کانال با دو مرحله‌ی شاخه‌ای، توزیع اکسیژن مناسب به همراه سطح آزاد کافی برای رشد سلول‌ها را فراهم می‌کند، که مطابق با مراجع می‌باشد. در ادامه، زاویه‌ی دو شاخه‌ای در ساختار دو مرحله‌ای به ۳۵ کاهش داده شد که افزایش سطح غیرهایپوکسیک را به همراه داشت. به صورت کلی، با طراحی بهینه‌ی زاویه‌ی کانال‌های شاخه‌ای در داربست، می‌توان سطح قابل توجهی از داربست را اکسیژن‌رسانی نمود، در حالی‌که سطح کافی برای رشد سلول‌ها نیز وجود داشته باشد.