بررسی تاثیر پارامتر شاخص مکانیکی تابش امواج فراصوت با شدت پایین بر تکثیرپذیری سلول های بنیادی اسپرماتوگونی جدا شده از بیضه موش سوری نابالغ

چکیده: مقدمه: مطالعات اخیر نشان داده اند که روش های نوین از جمله امواج فراصوت با شدت پایین در تکثیر، تمایز و افزایش تعداد سلول ها اثربخش است. تابش دهی فراصوتی در ابعاد مولکولی و سلولی به واسطه پدیده جریان صوتی، فوران، نیروی برشی و در راس آن ها پدیده حفره سازی صوتی در این فرآیندها ایفای نقش می نمایند. گرچه سلول های بنیادی قابلیت تکثیر و تمایز بالایی دارند اما فراوانی تکثیر در شرایط آزمایشگاهی محدود می باشد. تکثیر و غنی سازی سلول های بنیادی اسپرماتوگونی در محیط کشت، منبع با ارزشی از سلول های زایا را برای انجماد، پیوند و درمان ناباروری، دستکاری ژنتیکی و تمایز در محیط آزمایشگاه فراهم می کند. بنابراین برای افزایش تعداد این سلول ها در شرایط آزمایشگاهی به تکنیک هایی نیاز است. در این مطالعه، اثر شاخص مکانیکی (mi) به منظور درک فرآیند فیزیکی تاثیرگذار بر تکثیر سلول های بنیادی مورد نظر است. مواد و روش: در این مطالعه، به دلیل شدت پایین امواج فراصوتی از انتگرال رایلی برای محاسبه فشار صوتی استفاده شده است. معادلات فشارصوتی و شاخص مکانیکی برای فرکانس های کیلوهرتز و مگاهرتز و به ازای شدت ها و فواصل مختلف بر اساس مد تابشی پیوسته، سطح مقطع مبدل فراصوتی و سطح مقطع محیط کشت مدل و حل شد تا شدت امواج فراصوت، فرکانس و فاصله ی مناسب از سطح محیط کشت سلول های بنیادی به ازای شاخص های مکانیکی منتخب، براورد شود. اعتبارسنجی نتایج فشارصوتی حاصل از مدل با اندازه گیری تجربی توسط هیدروفون پیستونی در محیط آب انجام شد. به منظور جداسازی سلول های بنیادی از موش های نوزاد نر سوری3 تا 6 روزه استفاده شده است. سلول ها در محیط 37 درجه سانتی گراد کشت و به مدت 5 روز متوالی تابش دهی شدند. برای تعیین مدت زمان تابش، تغییر دمای یک درجه در حین تابش ملاک قرار گرفته شد. ماهیت سلول های اسپرماتوگونی توسط نشانگر ها plzf و oct4 تایید شد. نتایج: شاخص های مکانیکی استخراج شده در حد زیرآستانه 40/0 و 51/0، آستانه 75/0و بالای آستانه 89/0 بر اساس میانگین شاخص مکانیکی در سطح مقطع هدف انتخاب شده است. به این منظور، فشار صوتی و شاخص مکانیکی امواج فراصوت 28، 40، 150 کیلوهرتز و 1 مگاهرتز در شدت های مختلف با مدل سازی براورد شده است. بر اساس نتایج مدل، مبدل فراصوت 40 کیلوهرتز با شدت های 28/0، 45/0، 96/0و 34/1 وات بر سانتی متر مربع در فاصله 5/0 سانتی متری با شاخص مکانیکی 40/0، 51/0، 75/0 و 89/0 انتخاب گردید. ضریب رگرسیون خطی برای مقادیر اندازه گیری شده تجربی و نتایج حاصل از مدل سازی برای مبدل های فراصوتی 40 کیلوهرتز 1و مگاهرتز به ترتیب 89/0و 86/0 محاسبه شد. تاثیر پارامتر شاخص مکانیکی منتخب بر میزان تکثیرپذیری روی 500 هزار سلول بنیادی اسپرماتوگونی کشت داده شده در ظرف کشتی با شعاع 8/1 سانتی متر بررسی شد. گروه های با شاخص های مکانیکی 40/0 و 51/0 به ترتیب با مقادیر 07/0±89/2 و 10/0±17/2 بیش ترین میزان تکثیرپذیری و شاخص مکانیکی 89/0 با میزان 03/0±34/1 کم ترین حد تکثیرپذیری را در مقایسه با گروه کنترل داشتند. تعداد کلونی ها در روز هفتم کشت در گروه با میانگین شاخص مکانیکی 4/0 بیش ترین تعداد 74/3±93 و در گروه با شاخص مکانیکی 89/0 کم ترین مقدار 32/4± 32 را نسبت به گروه کنترل را داشتند. افزایش قطر کلونی در گروه با شاخص مکانیکی 40/0 به خوبی در تمامی روز های کشت دیده می شود به طوری که در روز هفتم با متوسط قطر کلونی 22/1± 50/134 میکرومتر بیش ترین میزان را نسبت به گروه های دیگر دارد. افزایش معناداری بین قطر کلونی ها در گروه با شاخص مکانیکی 40/0 نسبت به گروه های دیگر وجود دارد( عدد p کم تر از 05/0). از نظر بقای سلولی تفاوتی معنا داری میان گروه ها حاصل نشد. نتیجه گیری: امواج فراصوت با شاخص مکانیکی 40/0 در بین گروه های مورد بررسی تاثیر بیش تری بر روی میزان تکثیر و کلونی-زایی سلول های بنیادی اسپرماتوگونی طی هفت روز کشت دارد. در مقابل، شاخص مکانیکی بالا اثر مخرب بر سلول های بنیادی اسپرماتوگونی دارد. بنابراین، نیاز به یافتن محدوده های شاخص مکانیکی موثر بر تکثیرپذیری در فرکانس های مورد استفاده با در نظر گرفتن آستانه حفره سازی مواد مختلف وجود دارد.