اثر جهت‌گیری فیبرهای ماتریس خارج سلولی تحت جریان سیال بر رگ‌زایی سلول‌های اندوتلیال با استفاده از مدل سلولی پاتس

توپوگرافی ماتریس خارج سلولی نقش مهمی در بسیاری از رویدادهای بیولوژیکی از جمله بهبود بافت، مورفوژنز و رشد دارد. مشخص شده است که ساختار ماتریس و خواص مکانیکی آن از جمله عوامل تعیین کننده در تعیین سرنوشت سلول‌های ساکن آن می‌باشند. علاوه بر عوامل مستقیم مکانیکی، ماتریس‌ها هم‌چنین آزادسازی و جذب برخی مواد شیمیایی را تسهیل کرده و در برهم‌کنش‌های سلولی و سلول-ماتریس شرکت می‌کنند. ثابت شده است که کرنش‌های مکانیکی در ماتریس، مهاجرت و طویل شدن سلول‌های اندوتلیال را که منجر به رگ‌زایی می‌شود، هدایت می‌کند و اتفاق نظر وجود دارد که سفتی ماتریس، تراکم فیبر و جهت‌گیری فیبر می‌تواند رگ‌زایی را در جهت گرادیان سفتی افزایش دهد. در این مطالعه به طور خاص نقش توپوگرافی در هدایت خودسازماندهی سلول های اندوتلیال ناشی از اثر مانع در مقابل جریان مایع و تسهیل جابه‌جایی سلولی در جهت‌های خاص بررسی شده است. بدین منظور مدل رگ‌زایی هدایت شده با جریان مایع که پیش‌تر توسط نویسندگان مقاله‌ی حاضر ارائه شده برای پاسخ‌های سلولی انتخاب شده است. مدل شبکه‌ی بولتزمن جریان سیال برای مطالعه‌ی اثر الیاف یک طرفه و جهت‌گیری‌های تصادفی الیاف اتخاذ و اصلاح شده است. برای مطالعه‌ی اثر جهت‌گیری فیبر، یک مدل پیشنهادی قبلی از تخلخل در شبکه‌ی بولتزمن برای مطابقت با این هدف اصلاح و بهبود داده شده است. این مدل می‌تواند اثرات جهت‌گیری فیبر در ماتریس بر مهاجرت اندوتلیال و وسکولوژنز را بازتولید کند. شبیه‌سازی‌ها پیوستگی بهتر لومن‌های تشکیل شده را زمانی که جریان محلی در جهت فیبر باشد نشان داده است. این نتایج می تواند پیامدهای قابل مطالعه‌ای در درک نارسایی‌های سلول‌های اندوتلیال در برخی بیماری‌ها و هم‌چنین در رگ‌زایی و متاستاز تومور داشته باشد.

effect of matrix fiber orientation under fluid flow on endothelial vasculogenesis using cellular potts model

topography of extracellular matrix plays a major role in many biological events including tissue healing, morphogenesis and growth. it is known that matrix constitution and mechanical properties are deciding factors in governing the fate of its inhabitant cells. besides the direct mechanical cues, matrices also facilitate the release and uptake of certain chemicals and participate in cell-cell and cell-ecm crosstalk. mechanical strains in the matrix are proved to direct endothelial cell migration and elongation leading to angiogenesis, and there is a consensus that matrix stiffness, fiber density and fiber orientation can enhance angiogenesis in the preferred direction of stiffness gradient. in this study, we specifically investigated the role of topography in guidance of endothelial self-reorganization prompted by the effect of fluid flow hindrance and facilitation in certain directions. we adopted our previous model of fluid flow guided angiogenesis for cellular responses. lattice boltzmann model of fluid flow was adopted and modified to study the effect of unidirectional and randomly oriented fibers. to study the effect of fiber orientation, we customized a previously proposed model of porosity in lattice boltzmann to suit this purpose. this model could reproduce the effects of fiber orientations in matrix on endothelial migration and vasculogenesis. simulations showed better confluency of formed lumens when prescribed flow is in the direction of fiber orientation. these results can have further implications in understanding endothelial complications in certain diseases as well as in tumor angiogenesis and metastasis.