شبیه سازی اثر جریان برشی سیال محیط کشت بر سلول های بنیادی با استفاده از داربست های مهندسی بافت سخت

داربست به عنوان سازه نگهدارنده سلول از اهمیت ویژه ای 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 پررنگ تر می کند. 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 تحریک های مکانیکی و پیش بینی سرنوشت سلول های بنیادی مزانشیمی پرداخته می شود.

 با استفاده از ابزار شبیه سازی کامپیوتری و روش های اجزای محدود، پنج داربست استخوانی (با نام های جیروید، جیروید پرتخلخل، دیاموند، IWP و داربست با شیب اندازه تخلخل) مبتنی بر توابع ریاضی سطوح ضمنی طراحی شدند و در محیط کشت دینامیک شبیه سازی شده تحت عبور جریان سیال با سرعت های ورودی 1، 10، 25، 50 و 100 میکرومتر بر ثانیه قرار گرفتند. تجمع سلول ها روی داربست های جیروید و IWP به صورت یک لایه به ضخامت 5/8 میکرون در نظر گرفته شد.

 با توجه به نتایج به دست آمده، داربست با طرح دیاموند بهترین عملکرد را از منظر یکنواختی تنش های ایجادشده به خود اختصاص داد. در حضور لایه سلولی، تنش فون مایسز به میزان 60 و 50مگاپاسکال به ترتیب در داربست های جیروید و IWP به دست آمد که تمایز استخوانی را تسهیل خواهد نمود.

 استفاده از داربست با شیب اندازه تخلخل موجب اعمال تنش های متفاوت در بخش های مختلف داربست می شود و این امر در مورد کاربردهای نوین داربست های استخوانی برای ایجاد تمایز های سلولی مختلف به طور همزمان بسیار مفید است.