تحلیل اثر تنش برشی بر پاسخ تمایزی سلول های بنیادی مزانشیمی در داربست نانوکامپوزیتی چندلایه برای کاربرد در مهندسی بافت استخوانی-غضروفی با استفاده از روش های محاسباتی

ترمیم آسیب های بافت استئوکندرال به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد این بافت و توانایی محدود در خودترمیمی بافت غضروف، با چالش بزرگی مواجه است. در این راستا مهندسی بافت با ارائه ی داربست های حاوی سلول های بنیادی همراه با اعمال تنش های مکانیکی به عنوان راه کار پیشنهادی جدید برای ترمیم این بافت مورد توجه محققان قرار گرفته است. این مطالعه در مرحله ی نخست شامل ساخت داربست سه لایه ی فیبرویین ابریشم-نانوالیاف فیبرویین به روش خشکایش انجمادی و پس از آن شبیه­ سازی محاسباتی تحریک مکانیکی داربست حاوی سلول های بنیادی در بیوراکتور پرفیوژن به روش اجزای محدود و برهم کنش سیال-سازه جهت طراحی بهینه ی آزمون های سلولی و در مرحله ی آخر شامل انجام آزمون های سلولی است. آزمون های مشخصه یابی نشان داده که این داربست از به هم پیوستگی بسیار خوبی در بین لایه ها برخوردار بوده و اندازه ی متوسط تخلخل ها در لایه ی استخوان، لایه ی میانی و غضروف به ترتیب ۷۶، ۱۵۲ و ۱۰۲ میکرون است. این داربست بیومیمتیک دارای مدول فشاری ۴/۰ MPa و حداکثر مقاومت کششی ۱۰ MPa در حالت مرطوب است. نتایج شبیه­سازی حاصل از عبور جریان سیال از داربست نشان داده که چنان­چه لایه­ی استخوان در مسیر ورودی جریان قرار گیرد، دامنه ی توزیع تنش برشی در داربست یک نواخت تر بوده و باعث تسهیل تمایز استخوانی و غضروفی می شود. هم چنین نتایج تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داده که پس از ۱۴ روز اعمال تنش مکانیکی، علاوه بر گسترش سلولی، نفوذ سلول ها به لایه های پایین تر داربست نیز رخ داده است. علاوه بر این اعمال جریان پرفیوژن به مدت ۲۱ روز منجر به افزایش معنی­دار بیان ژن­های استخوان و غضروف توسط سلول­های بنیادی بافت چربی خرگوش در لایه ی استخوان و غضروف داربست در مقایسه با کشت استاتیک شده است.

کلیدواژه ها:

بیوراکتور پرفیوژن ، بافت استئوکندرال ، داربست چندلایه ، دینامیک سیالات محاسباتی ، سلول های بنیادی ، فیبرویین ابریشم