شبيه سازي رهايش اكسيژن از مواد توليد كننده اكسيژن در داخل هيدروژل

Simulation of Oxygen Release from Oxygen Generating Materials into the Hydrogel

با وجود پيشرفت هاي حاصل در حوزه مهندسي بافت قلب، رساندن مواد متابوليكي همچون اكسيژن و مواد مغذي به قسمت هاي داخلي داربست هاي ضخيم همچنان به صورت يك چالش باقي مانده است.يكي از روش هاي نوين براي رفع اين چالش استفاده از مواد اكسيژن رسان مي باشد.در اين مقاله تاثير حضور مواد اكسيژن رسان درون داربست هيدروژلي كانال دار بر توزيع غلظت اكسيژن و ميزان رشد سلولي به صورت دو بعدي با استقاده از ديناميك سيالات محاسباتي شبيه سازي شده است. معادلات جريان درون رگها، موازنه غلظت اكسيژن و دانسيته سلول درون بافت با استفاده از فيزيك هاي مختلف نرم افزار با شرايط مرزي و اوليه ويژه اي حل شده اند.هدف اين مقاله دست يابي به ساختار و غلظت هيدروژن پراكسيد بهينه مي باشد.بدين منظور شبيه سازي براي ساختارهاي مختلف از نظر تعداد انشعابات كانالها در حالت هاي 1،2و بدون انشعاب براي غلظت هاي اوليه مختلف هيدروژن پراكسيد از 0 تا 20 انجام شده است. با تحليل نتايج بدست آمده شامل ميانگين غلظت اكسيژن درون ساختارها،ميانگين چگالي سلولي و بررسي نقاط هيپوكسي درون ساختارها، ساختار با يك انشعاب كه غلظت اوليه هيدروژن پراكسيد در آن 15 بوده به عنوان شرايط بهينه انتخاب شد.

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.