تحلیل محاسباتی تکنیک آزمایشگاهی مکش میکروپیپت بر روی یک سلول بنیادی

خصوصیات مکانیکی سلول‌های زنده نقش مهمی‌در کمک به درک فیزیولوژی سلول و آسیب‌شناسی دارند. ارزیابی خصوصیات مکانیکی سلول‌ها ممکن است به‌طور بالقوه منجر به ایجاد روش‌های جدید تشخیصی مکانیکی برای برخی از این بیماری‌ها شود. در این مطالعه، به کمک مدل جامد خطی استاندارد و خواص موجود ویسکوالاستیک هسته، خواص ویسکوالاستیک‌ لایه بیرونی (سیتوپلاسم و غشا) استخراج و مدل‌سازی اجزای محدود دولایه سلول انجام ‌شد و راستی‌آزمایی مدل به‌وسیله داده‌های آزمایشی صورت پذیرفت. در مدل دولایه، به مطالعه تاثیر شعاع هسته و مکان هسته در سلول بر روی خواص کلی سلول پرداخته‌ شده است. با کاهش نسبت شعاع سیتوپلاسم، تا نسبت 43% ، خواص کل سلول پیرو خواص سیتوپلاسم بوده و از اثر هسته می‌توان چشم‌پوشی کرد. مقدار افزایش در جابه‌جایی در ثانیه 50 از شبیه‌سازی در نسبت شعاعی 0.53، 4.5 درصد در مقایسه با نسبت شعاع 1.58 گزارش شد. درحالی‌که در نسبت شعاع 0.43، مقدار 6.8 و 9.5 درصد کاهش جابه‌جایی در مقایسه با نسبت شعاع 1.58 و 0.53 به­ترتیب مشاهده شده است. کاربرد این مطالعه با استفاده از آزمایش مکش میکروپیپت اهمیت این موضوع را نشان می‌دهد که مکان هسته و نسبت شعاع سیتوپلاسم به شعاع هسته می‌تواند در خواص ویسکوالاستیک و رفتار مکانیکی سلول تاثیرگذار بوده و ضرورت اطلاع از این داده‌ها را افزایش می‌دهد.

computational analysis of micropipette aspiration technique on a stem cell

mechanical properties of living cells play an important role in helping to understand cell physiology and pathology. evaluation of mechanical properties of cells may potentially lead to new mechanical diagnostic methods for some of these diseases. in this study, viscoelastic properties of the outer layer (cytoplasm and membrane) were extracted using standard linear solid model. finite element modeling of the two cell layers is performed and the model is validated by experimental data. in the two-layer model, the effect of the radius of the nucleus and the location of the nucleus in the cell are investigated on the cell properties. by reducing the cytoplasmic radius ratio up to 43%, the whole cell properties follow the cytoplasmic properties and the effect of the nucleus can be neglected. the 50-second displacement change at a radial ratio of 0.53 increased to 4.5% compared to radial ratio of 1.58.  at a radial ratio of 0.43, a change in cell behavior was observed compared to the previous one, with a displacement change equals to 6.8% compared to radial ratio of 1.85 and a displacement reduction of 9.5% at a radial ratio of 0.53. the results demonstrate that the location of the nucleus and the ratio of the radius of the cytoplasm to the radius of the nucleus can effectively influence the viscoelastic properties and mechanical behavior of the cell.