دوره 32، شماره 290: هفته سوم مرداد ماه 1393:947-956

تعیین خواص مکانیکی سلول انقباضی قلبی با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی و روابط تحلیلی

آناهیتا احمدی صوفیوند, مهدی نویدبخش, مسعود سلیمانی

چکیده


مقدمه: سلول انقباضی قلبی با انقباض خود، حرکت پمپی قلب را ایجاد می‌کند و هر گونه مشکلی در این حرکت قلب به این سلول‌ها مرتبط است و در نتیجه، بررسی خواص این سلول از اهمیت زیادی برخوردار است. در یک دیدگاه با در نظر گرفتن سلول قلبی به عنوان یک جسم همگن با خواص الاستیک خطی، با تعیین مدول الاستیسیته‌ی (Elastic modulus) سلول، می‌توان آن را به صورت تحلیلی مدل‌سازی مکانیکی کرد. برای یافتن مدول الاستیسیته‌ی سلول با استفاده از روابط تحلیلی موجود، نیاز به داده‌های تجربی است.

روش‌ها: در این مطالعه با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (Atomic force microscopy)، داده‌های تجربی مطلوب از سلول‌های قلبی موش گرفته شد. سپس با استفاده از روابط مکانیک تماس (Contact mechanics) موجود برای این روش تجربی، مدول الاستیسته‌ی سلول از دو روش به دست آمد و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: به وسیله‌ی دو روش موجود، مقادیر مدول الاستیسیته‌، 26/2 ± 08/48 و 56/2 ± 67/55 کیلوپاسکال به دست آمد. بررسی روند تغییرات مدول الاستیسیته با عمق فرورفتگی نشان داد که سلول خواص الاستیک غیر خطی دارد.

نتیجه‌گیری: با هر دو روش ارایه شده، نتایج مشابهی برای مقدار مدول الاستیسته‌ی سلول انقباضی قلبی به دست آمد. همچنین مدل خطی Hertz برای پیش‌بینی اولیه‌ی خواص مکانیکی سلول انقباضی قلبی مناسب است و برای تعیین دقیق‌تر و جامع‌تر این خواص، بهتر است از مدل‌های غیر خطی استفاده شود.


واژگان کلیدی


سلول انقباضی قلبی؛ میکروسکوپ نیروی اتمی؛ مکانیک تماس؛ مدول الاستیسیته

تمام متن:

PDF

مراجع


Tsamis A, Bothe W, Kvitting JP, Swanson JC, Miller DC, Kuhl E. Active contraction of cardiac muscle: in vivo characterization of mechanical activation sequences in the beating heart. J Mech Behav Biomed Mater 2011; 4(7): 1167-76.

Baohua Ji, Gang Bao. Cell and molecular biomechanics: perspectives and challenges. ACTA MECH SOLIDA SIN 2011; 24(1): 27-51.

Davidson L, von DM, Zhou J. Multi-scale mechanics from molecules to morphogenesis. Int J Biochem Cell Biol 2009; 41(11): 2147-62.

Kuznetsova TG, Starodubtseva MN, Yegorenkov NI, Chizhik SA, Zhdanov RI. Atomic force microscopy probing of cell elasticity. Micron 2007; 38(8): 824-33.

Franz CM, Puech PH. Atomic Force Microscopy: A versatile tool for studying cell morphology, adhesion and mechanics. Cell Mol Bioeng 2008; 1(4): 289-300.

Webb HK, Truong VK, Hasan J, Crawford RJ, Ivanova EP. Physico-mechanical characterisation of cells using atomic force microscopy-current research and methodologies. J Microbiol Methods 2011; 86(2): 131-9.

Zhou ZL, Ngan AH, Tang B, Wang AX. Reliable measurement of elastic modulus of cells by nanoindentation in an atomic force microscope. J Mech Behav Biomed Mater 2012; 8: 134-42.

Li QS, Lee GY, Ong CN, Lim CT. AFM indentation study of breast cancer cells. Biochem Biophys Res Commun 2008; 374(4): 609-13.

Mathur AB, Collinsworth AM, Reichert WM, Kraus WE, Truskey GA. Endothelial, cardiac muscle and skeletal muscle exhibit different viscous and elastic properties as determined by atomic force microscopy. J Biomech 2001; 34(12): 1545-53.

Lieber SC, Aubry N, Pain J, Diaz G, Kim SJ, Vatner SF. Aging increases stiffness of cardiac myocytes measured by atomic force microscopy nanoindentation. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2004; 287(2): H645-H651.

Rico F, Roca-Cusachs P, Gavara N, Farre R, Rotger M, Navajas D. Probing mechanical properties of living cells by atomic force microscopy with blunted pyramidal cantilever tips. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys 2005; 72(2 Pt 1): 021914.




Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License which allows users to read, copy, distribute and make derivative works for non-commercial purposes from the material, as long as the author of the original work is cited properly.