شبیه‌سازی داربست‌های ژلاتین، ژلاتین- ‌کیتوسان و پلی‌کپرولاکتون در شبکیه چشم ‌و مقایسه گرادیان فشار و اثر ضخامت روی ‌گرادیان فشار

نویسندگان

1 گروه علوم زیستی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست‌فناوری، تهران، ایران

چکیده
اهداف: بیماری تخریب وابسته به سن‌ ماکولا (AMD)، یکی از بزرگ‌ترین دلایل ازبین‌رفتن بینایی بعد از ۵۰سالگی در جهان است. بیماری AMD، سلول‌های رنگدانه شبکیه را تخریب می‌کند. مهندسی بافت شبکیه با استفاده از داربست‌های مختلف، محیط مناسبی برای رشد سلول‌های اپیتلیوم رنگدانه شبکیه فراهم می‌کند. این داربست‌ها ممکن است تغییراتی در فشار داخل چشم ایجاد کنند و در نتیجه باعث بیماری جدایش سلول‌های اپیتلیوم رنگدانه و شبکیه شوند. هدف پژوهش حاضر، شبیه‌سازی داربست‌های ژلاتین، ژلاتین- کیتوسان و پلی‌کپرولاکتون در شبکیه چشم و مقایسه گرادیان فشار و اثر ضخامت روی گرادیان فشار بود.

مواد و روش‌ها: در پژوهش تجربی حاضر، در مرحله اول، سه داربست ژلاتین، ژلاتین- کیتوسان و پلی‌کپرولاکتون برای بررسی متوسط میزان فشار داربست با نرم‌افزار COMSOL ۵.۱.۱ و قانون دارسی، شبیه‌سازی شدند. در مرحله بعدی داربست ژلاتین- کیتوسان با ضخامت‌های ۱۰ و ۲۰میکرون با قانون دارسی، شبیه‌سازی شد تا اثر ضخامت روی متوسط فشار بررسی شود.

یافته‌ها: میزان فشار خروجی از داربست ژلاتین برابر با ۱۹۸۶/۳۰۸پاسکال محاسبه شد که از میزان فشار لایه کروئید کمتر بود و از میزان فشار خروجی سایر داربست‌ها هم مقدار کمتری داشت. متوسط فشار داربست ژلاتین- کیتوسان با ضخامت ۱۰ و ۲۰میکرون در گام زمانی آخر به‌ترتیب برابر با ۱۹۹۷/۳۱ و ۲۰۰۳/۱۳پاسکال بود.

نتیجه‌گیری: داربست ژلاتین، میزان متوسط فشار کمتری را نسبت به داربست ژلاتین- کیتوسان و پلی‌کپرولاکتون در شبکیه چشم ایجاد می‌کند و داربست مناسب‌تری نسبت به داربست‌های دیگر است. در شبیه‌سازی داربست ژلاتین- کیتوسان، افزایش ضخامت باعث افزایش فشار و ایجاد اختلال در شبکیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Grossniklaus HE, Geisert EE, Nickerson JM. Introduction to the retina. In: Fielding Hejtmancik J, Nickerson ‎JM, editors. Progress in molecular biology and translational science. Georgia: Emory University School of ‎Medicine; 2015.‎ [Link]
Ratnapriya R, Chew EY. Age-related macular degeneration-clinical review and genetics update. Clin Genet. ‎‎2013;84(2):160-6.‎ [Link] [DOI:10.1111/cge.12206]
Ehrlich R, Harris A, Kheradiya NS, Winston DM, Ciulla TA, Wirostko B. Age-related macular degeneration ‎and the aging eye. Clinical Interv Aging. 2008;3(3):473-82.‎ [Link]
Trese M, Regatieri CV, Young MJ. Advances in retinal tissue engineering. Materials (Basel). ‎‎2012;5(1):108-20.‎ [Link]
Yaji N, Yamato M, Yang J, Okano T, Hori S. Transplantation of tissue-engineered retinal pigment epithelial ‎cell sheets in a rabbit model. Biomaterials. 2009;30(5):797-803.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.biomaterials.2008.10.045]
Yang S, Leong KF, Du Z, Chua CK. The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional ‎factors. Tissue Eng. 2001;7(6):679-89.‎ [Link] [DOI:10.1089/107632701753337645]
Carletti E, Motta A, Migliaresi C. Scaffolds for tissue engineering and 3D cell culture. Methods Mol Biol. ‎‎2011;695:17-39.‎ [Link] [DOI:10.1007/978-1-60761-984-0_2]
Zayit-Soudry S, Moroz I, Loewenstein A. Retinal pigment epithelial detachment. Surv Ophthalmol. ‎‎2007;52(3):227-43.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.survophthal.2007.02.008]
Maurice D, Salmon J, Zauberman H. Subretinal pressure and retinal adhesion. Exp eye Res. ‎‎1971;12(2):212-7.‎ [Link] [DOI:10.1016/0014-4835(71)90093-5]
Anand-Apte B, Hollyfield JG. Developmental anatomy of the retinal and choroidal vasculature. In: ‎Encyclopedia of the eye. Besharse J, Dana R, Battelle BA, Beebe D, Bex P, Bishop P, et al, editors. New York: ‎Academic Press; 2010.‎ [Link]
Lavik EB, Klassen H, Warfvinge K, Langer R, Young MJ. Fabrication of degradable polymer scaffolds to ‎direct the integration and differentiation of retinal progenitors. Biomaterials. 2005;26(16):3187-96.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.biomaterials.2004.08.022]
Neeley WL, Redenti S, Klassen H, Tao S, Desai T, Young MJ, et al. A microfabricated scaffold for retinal ‎progenitor cell grafting. Biomaterials. 2008;29(4):418-26.‎ [Link]
Redenti S, Tao S, Yang J, Gu P, Klassen H, Saigal S, et al. Retinal tissue engineering using mouse retinal ‎progenitor cells and a novel biodegradable, thin-film poly (e-caprolactone) nanowire scaffold. J Ocul Biol Dis ‎Infor. 2008;1(1):19-29.‎ [Link]
Whitaker S. Flow in porous media I: A theoretical derivation of Darcy's law. Transp porous media.‎ [Link]
Ockendon H, Ockendon JR. Viscous flow. 13th Volume. London: Cambridge University Press; 1995.‎ [Link]
Ochoa-Tapia JA, Whitaker S. Momentum transfer at the boundary between a porous medium and a ‎homogeneous fluid-I, Theoretical development. Int J Heat Mass Transf. 1995;38(14):2635-46.‎ [Link] [DOI:10.1016/0017-9310(94)00346-W]
Nabovati A, Llewellin EW, Sousa AC. A general model for the permeability of fibrous porous media based ‎on fluid flow simulations using the lattice Boltzmann method. Compos Part A Appl Sci Manuf. 2009;40(6-‎‎7):860-9.‎ [Link]
Chandler WL, Schmer G. Evaluation of a new dynamic viscometer for measuring the viscosity of whole ‎blood and plasma. Clin Chem. 1986;32(3):505-7.‎ [Link]
Mäepea O. Pressures in the anterior ciliary arteries, choroidal veins and choriocapillaris. Exp eye Res. ‎‎1992;54(5):731-6.‎ [Link] [DOI:10.1016/0014-4835(92)90028-Q]
Maurice DM. Flow of water between aqueous and vitreous compartments in the rabbit eye. Am J Physiol. ‎‎1987;252(1 Pt 2):F104-8.‎ [Link]
Riva C, Petrig B. Blue field entoptic phenomenon and blood velocity in the retinal capillaries. J Opt Soc ‎Am. 1980;70(10):1234-8.‎ [Link]
Riva CE, Grunwald JE, Sinclair SH, Petrig B. Blood velocity and volumetric flow rate in human retinal ‎vessels. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1985;26(8):1124-32.‎ [Link]
Forte AE, D'Amico F, Charalambides MN, Dini D, Williams JG. Modelling and experimental ‎characterisation of the rate dependent fracture properties of gelatine gels. Food Hydrocoll. 2015;46:180-90.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.foodhyd.2014.12.028]
Laurent CP, Latil P, Durville D, Rahouadj R, Geindreau C, Orgéas L, et al. Mechanical behaviour of a ‎fibrous scaffold for ligament tissue engineering: Finite elements analysis vs. X-ray tomography imaging. J ‎Mech Behav Biomed Mater. 2014;40:222-33.‎ [Link]
Kain HL. A new model for examining chorioretinal adhesion experimentally. Arch Ophthalmol. ‎‎1984;102(4):608-11.‎ [Link] [DOI:10.1001/archopht.1984.01040030480031]
Chou T, Siegel M. The mechanics of retinal detachment. [Internet]. Washington DC: PNAS; 1982. [cited ‎‎2017 May 10]. Available from: http://faculty.biomath.ucla.edu/tchou/pdffiles/blister16.‎ [Link]
Sodha S, Wall K, Redenti S, Klassen H, Young MJ, Tao SL. Microfabrication of a three-dimensional ‎polycaprolactone thin-film scaffold for retinal progenitor cell encapsulation. J Biomater Sci Polym Ed. ‎‎2011;22(4-6):443-56.‎ [Link] [DOI:10.1163/092050610X487738]
Babapour F, Yazdian F, Tabandeh F. Simulation of Gelatin-Chitosan: Scaffold for retinal pigment ‎epithelium. Int J Anal Pharm Biomed Sci. 2015;4(2):164-8.‎ [Link]