شبیه سازی رهایش اکسیژن از مواد تولید کننده اکسیژن در داخل هیدروژل

با وجود پیشرفت های حاصل در حوزه مهندسی بافت قلب، رساندن مواد متابولیکی همچون اکسیژن و مواد مغذی به قسمت های داخلی داربست های ضخیم همچنان به صورت یک چالش باقی مانده است.یکی از روش های نوین برای رفع این چالش استفاده از مواد اکسیژن رسان می باشد.در این مقاله تاثیر حضور مواد اکسیژن رسان درون داربست هیدروژلی کانال دار بر توزیع غلظت اکسیژن و میزان رشد سلولی به صورت دو بعدی با استقاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است. معادلات جریان درون رگها، موازنه غلظت اکسیژن و دانسیته سلول درون بافت با استفاده از فیزیک های مختلف نرم افزار با شرایط مرزی و اولیه ویژه ای حل شده اند.هدف این مقاله دست یابی به ساختار و غلظت هیدروژن پراکسید بهینه می باشد.بدین منظور شبیه سازی برای ساختارهای مختلف از نظر تعداد انشعابات کانالها در حالت های 1،2و بدون انشعاب برای غلظت های اولیه مختلف هیدروژن پراکسید از 0 تا 20 انجام شده است. با تحلیل نتایج بدست آمده شامل میانگین غلظت اکسیژن درون ساختارها،میانگین چگالی سلولی و بررسی نقاط هیپوکسی درون ساختارها، ساختار با یک انشعاب که غلظت اولیه هیدروژن پراکسید در آن 15 بوده به عنوان شرایط بهینه انتخاب شد.

Simulation of Oxygen Release from Oxygen Generating Materials into the Hydrogel

With all developments in heart tissue engineering, metabolic substance delivery like oxygen and nutrients to all parts of the engineered tissue is a controversial challenge. One of the most contemporary approaches to resolve it is using oxygen-generating and delivery agents. In this paper, the presence of oxygen-generating substances into the hydrogel-based scaffold with blood channels is studied. 2D-dimensional oxygen concentration gradient and cell growth dynamics are simulated using COMSOL Multiphysics. Fluid dynamics into the media, oxygen mass balance, and cell density is solved by the software using different and specific equations with defined initial and boundary conditions. This paper aims to reach an optimum channel design and hydrogen peroxide initial concentration as an oxygen generator. Different channels in the scaffold with no, then 1 and 2 branches are designed to achieve this purpose. Initial hydrogen peroxide concentration ranging from 0 to 20 moles per cubic meter is also considered in the simulations. Using time-dependent simulation and the final data analysis, the one branched scaffold with a hydrogen peroxide concentration of 15 moles per cubic meter is ascertained as the most efficient term.