تحلیل بیومکانیکی بارگذاری دینامیک بر رفتار سلول های اندوتلیال شریانی

سلول های اندوتلیال عروقی تحت تاثیر نیروهای مکانیکی حاصل از فشار و جریان خون هستند. آسیب سلولی می تواند باعث تغییر در عملکرد بیولوژیکی سلول های اندوتلیال و در نتیجه عوارض بالینی همانند آترواسکلروسیس گردد. محیط مکانیکی سلول های اندوتلیال عبارتنر از: تنش محیطی ناشی از فشار میانگین خون، کرنش سیکلی محیطی بر اثر پالس فشار خون و تنش برشی حاصل از جریان خون. سلول های اندوتلیال با مکانیزم های انطباقی و بازسازی به بارهای اعمالی پاسخ می دهند. بررسی ها مبین تغییرات مورفولوژی سلول، ساختار درونی سلول و تکثیر سلولی پس از اعمال بار هستند. هدف این مطالعه، ارزیابی کمی اثر بارگذاری سیکلی در بازه ای از متغیرهای مکانیکی بر رفتار سلول های اندوتلیال است. بدین منظور دستگاه اعمال بارگذاری سیکلی برای کاربردهای مهندسی سلولی و با قابلیت های تغییر در محدوده وسیعی از دامنه، فرکانس و تعداد سیکل بارگذاری و شکل موج بارگذاری طراحی و ساخته شد. سلول های اندوتلیال ورید بند ناف انسان بر روی غشای سیلیکنی با پوشش کلاژن کشت داده شده و توسط دستگاه ساخته شده در داخل انکوباتور تحت بارگذاری قرار گرفتند. تصاویر سلولی قبل و بعد از اعمال بار در زمان های بارگذاری 10-4 ساعت با دامنه 25%-10%، فرکانس بارگذاری 5، 1-1 هرتز و شکل موج های مختلف بارگذاری، ثبت گردیدند. با طراحی نرم افزار تحلیل های توپولوژیکال و فرکتال از تصاویر سلول های اندوتلیال، تغییرات کمی مورفولوژی سلولی بررسی گردیدند. آرایش تصادفی سلول های اندوتلیال پس از اعمال با در حهت مینمم تغییر شکل ساختار سلول، تغییر جهت داده که در محدوده بارگذاری این مطالعه، در محدوده زاویه 80-70 درجه نسبت به راستای بارگذاری است. سلول های اندوتلیال پس از بارگذاری کشیده می شوند و در نتیجه شاخص شکل (si) که معیاری برای کشیدن سلول است. حد اکثر 46% می یابد. عدد فرکتال که شاخصی از پیچیدگی تصاویر سلولی است نیز پس از بارگذاری، کاهش می یابد که مبین آرایش سلولی است. افزایش تعداد سیکل های بارگذاری، دامنه و فرکانس بارگذاری به تغییرات بیشتر مورفولوژی سلول ها می انجامد. تغییر شکل موج بارگذاری عامل مهم دیگری در تغییر مورفولوژی سلولی است، به گونه ای که شکل موج مشابه پالس شریانی بیشترین تطابق سلولی را ایجاد می کند. تغییرات مورفولوژی سلولی به صورت کمی وابسته به پارامترهای زمان، دامنه، فرکانس و شکل موج بارگذاری هستند. تغییرات مورفولوژی تحت پارامترهای مکانیکی به لحاظ آماری معنادار بوده اند. تغییرات مورفولوژی سلولی با افزایش پارامترهای مکانیکی به مقادیر مشخصی مجانب می گردند که مبین حد اکثر توانایی سلول در تطابق با شرایط مکانیکی در شرایط آزمایشگاهی است. افزایش بیشتر پارامترهای مکانیکی و یا آشفتگی در محیط سلولی به آسیب سلول ها می انجامد. عدد بی بعد فرکتال در کنار پارامترهای هندسه اقلیدسی شاخصی مناسب برای بررسی مورفولوژی سلولی است. رشته های اکتین ساختار اسکلتی و هسته سلول در راستای مینیمم کشش سلول تغییر آرایش می دهد با اعمال بار دینامیکی در حیطه مقادیر اندک کرنش، فرکانس و مدت زمان بارگذاری، تگثیر سلول های بارگذاری شده بیش از سلول های کنترلی است. اما با افزایش متغیرهای مکانیکی بارگذاری، میزان تکثیر سلولی نسبت به نمونه های گروه کنترل کاهش می یابد. نتایج این بررسی در اسیب شناسی سلول های اندوتلیال ناشی از فشار خون بالا، نرخ ضربان قلب بالا و پیری و همچنین در بازسازی عروقی ناشی از تغییرات بارگذاری متفاوت بر سلول های اندوتلیال به دلیل موج فشار خون متفاوت و بررسی پاتولوژیکی بیماری ها عروقی همانند آترواسکلروسیس اهمیت می یابد. نتایج همچنین در طراحی و ساخت شریان مصنوعی مهندسی شده در حوزه مهندسی بافت قابل بکارگیری است.