MOŽNOSTI MKP VÝPOČTOVÉ SIMULACE ZKOUŠKY PRŮNIKU U ISOLOVANÝCH BUNĚK

POSSIBILITIES OF FE COMPUTATIONAL SIMULATION OF INDENTATION TEST OF ISOLATED CELLS

conference paper

Czech

Je známo, že některá závažná onemocnění kardiovaskulárního systému jsou úzce spjata s mechanickým zatížením cév. Porozumění tomu, jak mechanické zatížení ovlivňuje procesy, probíhající v cévní stěně, je předmětem mnoha výzkumů. Vlivem zatížení tkání cévní stěny dochází k jejich remodelaci, při které jsou mj. tvořena a reorganizována výztužná vlákna v tkáni. Tato remodelace tkání probíhá na úrovni buněk hladkého svalstva cévní stěny, proto se pozornost výzkumu v poslední době zaměřuje právě na tyto buňky. V naší práci jsme se zabývali určováním jejich mechanických vlastností. Mechanické vlastnosti buněk hladkého svalstva cévní stěny jsou úzce spjaty s jejich fyziologickou funkcí v cévní stěně (např. udržování cévního tonusu, regulace krevního tlaku, remodelace a růst). Důležitým faktorem, ovlivňujícím procesy probíhající v těchto buňkách, je mechanické zatížení přenášené z okolí. Znalost mechanických vlastností těchto buněk je důležitá k porozumění tomu, jak mechanické napětí a deformace ovlivňují chování buňky a procesy v ní probíhající. K určování mechanických vlastností buněk se provádí celá řada experimentů (např. tahová zkouška, tlaková zkouška, aspirační test mikropipetou, zkouška průniku). V [1] jsme se zabývali výpočtovou simulací tahové zkoušky isolovaných buněk a na základě informací z tohoto experimentu jsme identifikovali konstitutivní model materiálu buňky jako homogenního kontinua. V prezentovaném příspěvku se zabýváme tvorbou strukturně složitějšího 3D MKP modelu buňky. Cílem naší práce bylo vytvořit a otestovat výpočtový model buňky, který zohledňuje její vnitřní strukturu a pomocí tohoto modelu výpočtově simulovat zkoušky průniku.

Mechanical properties of vascular smooth muscle cells are closely related to their physiological function within the arterial wall (blood pressure regulation, arterial remodelling, healing and growth. Mechanical stimuli represent a very important factor influencing cellular processes and functions. The knowledge about mechanical properties of cells is necessary for understanding how cells response to mechanical stress and strain. A lot of experiments are carried out with the aim to determine mechanical properties of cells (tensile test, compression test, micropipette aspiration test, indentation test). A 3D finite element model of adherent cell for computational simulation of indentation test is presented in this paper. Our model considers all significant structural cellular components, i.e. actin cortex, deep cytoskeleton, cytoplasma and nucleus. The geometry model is based on experimental observations of a spreading fibroblast. Actin cortex was modelled as a thin membrane meshed with 4-node shell elements, cytoplasma and nucleus was modelled as linear isotropic homogeneous continuum, meshed with 8-node hexahedral solid elements and deep cytoskeleton was created as a six-struts tensegrity structure, consisting of six compression struts and twenty four tension cables, representing microtubules and microfilaments, respectively. It follows from the results that the FE model we introduced here can be used for computational simulation of indentation test. The force-displacement curve obtained from computational simulation is similar to the experimentally measured curve using atomic force microscopy.

Vascular smooth muscle cell, cytoskeleton, actin cortex, deep cytoskeleton, indentation test, tensegrity, atomic force microscopy, microfilament, microtubulus.

Vascular smooth muscle cell, cytoskeleton, actin cortex, deep cytoskeleton, indentation test, tensegrity, atomic force microscopy, microfilament, microtubulus.

Lebiš, R., BURŠA, J., Janíček, P.

2005

29. 3. 2005

Hrotovice

80-214-2373-0

7th International Scientific Conference Applied Mechanics 2005

65

65

1