پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 9 |
| تعداد شمارهها | 452 |
| تعداد مقالات | 5,748 |
| تعداد مشاهده مقاله | 8,233,610 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,751,288 |
تحلیل پاسخ مژک اولیه سلول به جریان سیال نوسانی با استفاده از روش برهمکنش سیال-سازه | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 12، دوره 53، شماره 5 (Special Issue)، مرداد 1400، صفحه 3293-3306 اصل مقاله (2.19 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2020.18243.6793 | ||
| نویسندگان | ||
| بهرام احمدیان؛ بهمن وحیدی* | ||
| دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| مژکهای اولیه اندامکهایی هستند که از سطح سلول به سمت فضای خارج سلولی بیرون زدهاند و نقش گیرنده تحریک مکانیکی را در سلول بهعهده دارند. بهواسطه کانالهای یونی وابسته به کشش در پایه خود بهعنوان عامل القای تمایز استئوژنیک به سلول بنیادی شناخته میشوند. مژک تحت تأثیر جریان سیال عبوری از سطح سلول دچار تغییر شکل میشود که این تغییر شکل باعث بازشدن کانالهای یونی وابسته به کشش میگردد. در این پژوهش مژک به صورت الاستیک خطی مدل شده و پاسخ آن به جریان سیال بررسی شده است. جنبه نوآورانه این پژوهش، اعمال جریان نوسانی سیال بر مژک و ارزیابی پاسخ آن به این جریان سیال است در این پژوهش از روش برهمکنش سیال و سازه برای بررسی پاسخ مژک به جریان سیال استفادهشدهاست. نتایج نشان میدهد که در حالت نوسانی بیشنه کرنش در پایه مژک، که کانالهای وابسته به کشش تحمل میکنند بیشتر از جریان پایا است. بر همین اساس، کانالهای یونی وابسته به کشش، کرنش بیشتری را تجربه خواهد کرد. به صورت کلی نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد در صورت استفاده از جریان سیال نوسانی تحریک مکانیکی توسط مژک بهتر حس شده و پیش بینی میشود در صورت اعمال جریان سیال نوسانی بر سلول بنیادی تمایز استئوژنیک در آن تسهیل یافته تر صورت گیرد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| جریان نوسانی سیال؛ مژک اولیه؛ حسگر تحریک مکانیکی؛ مکانیک سلول؛ برهمکنش سیال-سازه | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Response analysis of primary cilia of the cell to the oscillatory fluid flow by using fluid-structure interaction method | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Bahram Ahmadian؛ Bahman Vahidi | ||
| MSc/University of tehran | ||
| چکیده [English] | ||
| 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 inducing 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 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 occurs in the base of the cilia which 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. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Oscillatory fluid flow, Primary cilia, Mechanotransduction, Cell mechanics, Fluid-structure interaction | ||
| مراجع | ||
|
[1] M. Adams, The primary cilium: An orphan organelle finds a home, Nature Education, 3(9) (2010) 54. [2] A. Abbasszadeh Rad, B. Vahidi, A finite elements study on the role of primary cilia in sensing mechanical stimuli to cells by calculating their response to the fluid flow, Journal of Computational Applied Mechanics, 47(1) (2016) 35-44. [3] V. Singla, J.F. Reiter, The primary cilium as the cell's antenna: signaling at a sensory organelle, science, 313(5787) (2006) 629-633. [4] E.A. Schwartz, M.L. Leonard, R. Bizios, S.S. Bowser, Analysis and modeling of the primary cilium bending response to fluid shear, American Journal of Physiology-Renal Physiology, 272(1) (1997) F132-F138. [5] M. Spasic, C.R. Jacobs, Primary cilia: Cell and molecular mechanosensors directing whole tissue function, in: Seminars in cell & developmental biology, Elsevier, 2017, pp. 42-52. [6] A.H. Abbasszadeh Rad, B. Vahidi, The Effect of the Kind of Attachment of Primary Cilium to Cell in Its Response to the Fluid Flow: A 3D Computational Simulation, Journal of Solid and Fluid Mechanics, 8(1) (2018) 203-213. [7] S. Rydholm, G. Zwartz, J.M. Kowalewski, P. Kamali-Zare, T. Frisk, H. Brismar, Mechanical properties of primary cilia regulate the response to fluid flow, American Journal of Physiology-Renal Physiology, 298(5) (2010) F1096-F1102. [8] C. Battle, C.M. Ott, D.T. Burnette, J. Lippincott-Schwartz, C.F. Schmidt, Intracellular and extracellular forces drive primary cilia movement, Proceedings of the National Academy of Sciences, 112.5 (2015): 1410-1415. [9] M.E. Downs, A.M. Nguyen, F.A. Herzog, D.A. Hoey, C.R. Jacobs, An experimental and computational analysis of primary cilia deflection under fluid flow, Computer methods in biomechanics and biomedical engineering, 17(1) (2014) 2-10. [10] P.S. Mathieu, J.C. Bodle, E.G. Loboa, Primary cilium mechanotransduction of tensile strain in 3D culture: Finite element analyses of strain amplification caused by tensile strain applied to a primary cilium embedded in a collagen matrix, Journal of biomechanics, 47(9) (2014) 2211-2217. [11] P. Tummala, E.J. Arnsdorf, C.R. Jacobs, The role of primary cilia in mesenchymal stem cell differentiation: a pivotal switch in guiding lineage commitment, Cellular and molecular bioengineering, 3(3) (2010) 207-212. [12] D.A. Hoey, S. Tormey, S. Ramcharan, F.J. O'Brien, C.R. Jacobs, Primary cilia‐mediated mechanotransduction in human mesenchymal stem cells, Stem cells, 30(11) (2012) 2561-2570. [13] G. Chen, R. Xu, C. Zhang, Y. Lv, Responses of MSCs to 3D scaffold matrix mechanical properties under oscillatory perfusion culture, ACS applied materials & interfaces, 9(2) (2017) 1207-1218. [14] P. Pisani, M.D. Renna, F. Conversano, E. Casciaro, M. Di Paola, E. Quarta, M. Muratore, S. Casciaro, Major osteoporotic fragility fractures: Risk factor updates and societal impact, World journal of orthopedics, 7(3) (2016) 171. [15] L.C. Espinha, D.A. Hoey, P.R. Fernandes, H.C. Rodrigues, C.R. Jacobs, Oscillatory fluid flow influences primary cilia and microtubule mechanics, Cytoskeleton, 71(7) (2014) 435-445. [16] J. Cui, Y. Liu, B.M. Fu, Numerical study on the dynamics of primary cilium in pulsatile flows by the immersed boundary-lattice Boltzmann method, Biomechanics and modeling in mechanobiology, 19(1) (2020) 21-3. [17] M.A. Corrigan, G.P. Johnson, E. Stavenschi, M. Riffault, M.-N. Labour, D.A. Hoey, TRPV4-mediates oscillatory fluid shear mechanotransduction in mesenchymal stem cells in part via the primary cilium, Scientific reports, 8(1) (2018) 3824. [18] M. Moradkhani, B. Vahidi, Effect of Collagen Substrate Stiffness and Thickness on the response of a Mesenchymal Stem Cell in Cell Culture Environment: A Computational Study, (2016). [19] H. Praetorius, K.R. Spring, Bending the MDCK cell primary cilium increases intracellular calcium, The Journal of membrane biology, 184(1) (2001) 71-79. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 995 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 973 |
||