أسلوب لتصميم ومحاكاة النفاذية ونشرها في نموذج ثلاثي الأبعاد من أنسجة في غشاء إدراج نظام لوحات متعددة جيدا

الهدف العام من هذا البروتوكول هو تحديد معاملات النفاذية والانتشار لنماذج الجلد ثلاثية الأبعاد في نظام إدخال غشاء صغير. يمكن أن تساعد هذه الأمور في الإجابة على الأسئلة الرئيسية حول هندسة أنسجة الجلد ثلاثية الأبعاد للتطبيقات الصيدلانية والتجميلية التي تكون فيها النفاذية ومعامل الانتشار من عوامل الجودة الأساسية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بالقياس المباشر لهذه المعامل داخل ملحق صغير متعدد الآبار.

يمكن تعديل نظام إدخال الغشاء الصغير في المحاكاة بشكل أكبر للاستخدام في الجهاز على أجهزة السفينة والتطبيقات الأخرى التي تستخدم أنظمة إدخال الغشاء. لتحضير جل الاغاروز ، ابدأ بوضع 28.6 ميكرولتر من هلام الاغاروز السائل المحضر حديثا بدرجة حرارة 80 درجة مئوية على كل غشاء من نظام غشاء 96 بئرا. بعد 10 دقائق ، سوف يتجمد الجل ويمكن استخدامه لفحص النفاذية.

لتحضير نموذج خلية الكولاجين ، قم أولا بخلط 125 ميكرولترا من HBSS ومليلتر واحد من محلول الكولاجين R على الثلج متبوعا بالتحييد باستخدام هيدروكسيد الصوديوم. بعد ذلك ، أضف 125 ميكرولترا من الخلايا الليفية الأولية المعلقة في وسط كامل إلى الخليط. وأضف 28.6 ميكرولترا من محلول الخلية الناتج إلى كل بئر من نظام غشاء جديد مكون من 96 بئرا.

بعد 30 دقيقة في حاضنة زراعة الخلايا ، أضف 75 ميكرولتر من الوسط الكامل إلى سطح الجل و 300 ميكرولتر من الوسط الكامل إلى قاع كل بئر لحضانة ليلية في حاضنة زراعة الخلايا. في اليوم التالي ، استبدل الوسط ب 75 ميكرولترا من الخلايا الكيراتينية منخفضة الكالسيوم ودرجة الحرارة العالية لكل نموذج من خلايا الكولاجين وأعد اللوحة إلى حاضنة زراعة الخلايا لمدة ثلاثة أيام أخرى. في اليوم الرابع ، قم بشفط الوسط من سطح نموذج الخلية وأعد اللوحة إلى الحاضنة لمدة سبعة أيام أخرى.

لإجراء فحص النفاذية ، قم بتوزيع 75 ميكرولترا من المادة المانحة في نظام نموذج إدخال بئر صغير ذي أهمية وأضف 300 ميكرولتر من مادة المستقبل في قاع كل بئر. ضع اللوحة على شاكر عند 37 درجة مئوية ، ورطوبة 95 بالمائة ، وحوالي 480 دورة في الدقيقة لمدة خمس ساعات ، مع نقل نظام إدخال الغشاء مرة واحدة كل ساعة إلى صفيحة فارغة مكونة من 96 بئرا وقياس التألق المنتشر داخل الآبار السفلية للوحة التجريبية على قارئ لوحة. في نهاية تجربة النفاذية ، افتح برنامج النمذجة المناسب وابدأ نموذجا جديدا.

حدد معالج النموذج والنموذج ثلاثي الأبعاد. أضف نقل الأنواع المخففة وانقر فوق الدراسة. ثم حدد الوقت المعتمد وانقر فوق تم.

ضمن التعريفات العامة، انقر بزر الماوس الأيمن لإضافة معلمات وإدخال المعلمات الهندسية والمادية في الشبكة. قم بإعداد هندسة نظام إدراج الغشاء من التجارب ، وانقر بزر الماوس الأيمن فوق التعريفات لإضافة مجسين مجال ، واختيار مسبار واحد كمجال المستقبل والآخر كمجال المانح. اضبط كلا المجالين على المتوسط بتعبير C ووحدة مول لكل متر مكعب.

وتعيين معامل الانتشار تحت خصائص النقل واحدة ونقل الأنواع المخففة. انقر بزر الماوس الأيمن فوق نقل الأنواع المخففة لإضافة خصائص نقل ثانية اثنتين وحدد الحاجز الثاني في تحديد المجال. تحت نقل الأنواع المخففة ، بالنسبة للقيم الأولية الأولى ، حدد التركيز على أنه صفر.

انقر بزر الماوس الأيمن فوق نقل الأنواع المخففة لإضافة قيم أولية ثانية اثنتين وحدد المتبرع كمجال ثالث. اضبط التركيز على أنه التركيز الأولي للمادة المانحة الفلورية. انقر بزر الماوس الأيمن فوق نقل الأنواع المخففة لإضافة تناظر واحد وتحديد جميع أسطح تحديد الحدود التي تعكس الهندسة بأكملها.

انقر بزر الماوس الأيمن فوق الشبكة لإضافة اثنين من رباعي السطوح الحرة وتعيين الحاجز الثاني كمجال. انقر بزر الماوس الأيمن على رباعي السطوح المجاني لإضافة حجم الشبكة المحددة مسبقا إلى دقة إضافية. في رباعي السطوح الحر الثاني ، قم بتعيين المتقبل والمانح كمجالات والشبكة المحددة مسبقا على أدق.

ثم ضمن الدراسة الأولى ، انقر فوق حساب لبدء المحاكاة. لملاءمة معامل الانتشار مع البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة محاكاة الانتشار ، افتح قائمة إضافة نفسية وحدد الرياضيات. حدد موقع التحسين والحساسية.

حدد التحسين وانقر فوق إضافة إلى المكون. ثم انقر بزر الماوس الأيمن فوق التعريفات لإضافة المتغيرات وإدخال المتغيرات يدويا من الجدول الثالث. بعد ذلك ، ضمن قائمة اقتران المكونات ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق التعريفات ، وأضف متوسط واحد متبوعا بالإضافة اليدوية للمتقبل كاسم المشغل وحدد المجال الأول.

تصدير البيانات التجريبية إلى مستند نصي جديد. استخدم فاصلة منقوطة لفصل البيانات إلى أعمدة وفاصل أسطر لفصل البيانات إلى صفوف. انقر بزر الماوس الأيمن فوق التحسين لإضافة هدف المربعات الصغرى العالمية وإرفاق المستند النصي بالبيانات التجريبية.

انقر فوق هدف المربعات الصغرى العالمية لتعريف العمود الأول كعمود الوقت الأول والعمود الثاني كعمود قيمة واحد. في عمود التعبير عن القيمة ، أدخل المتغير C.انقر بزر الماوس الأيمن فوق التحسين لإضافة متغيرات التحكم العمومية واحدة. وأعلن البحث عن تسطير D كمتغير بقيمة أولية واحدة ، وحد أدنى للصفر ، والحد الأعلى ل 1 ، 000.

انقر بزر الماوس الأيمن فوق دراسة واحدة لإضافة تحسين. وحدد SNOPT كطريقة لحل التحسين. اضبط التسامح الأمثل على واحد بقوة سالب ثمانية.

ثم اضبط معامل الانتشار على الحاجز على D.اضبط وقت المحاكاة تحت إعداد الدراسة من صفر ثانية إلى 22 ، 000 ثانية بفاصل زمني قدره 100 ثانية وانقر فوق الحساب لبدء تحسين المعلمة. يكشف التحليل النسيجي لنموذج خلية الكولاجين عن تلطيخ طفيف للأرومات الليفية داخل المصفوفة المركزية. في الجزء العلوي من مصفوفة الكولاجين ، يمكن ملاحظة طبقة تحتوي على العديد من النوى التي من المحتمل أن تتكون من الخلايا الكيراتينية منخفضة الكالسيوم ودرجة الحرارة العالية للإنسان البالغ.

باستخدام ملح الصوديوم الفلوريسين وفلوريسين إيزوثيوسيانات ديكستران يكشف عن تأثير الحجم الجزيئي للمادة المنتشرة أنه بالنسبة للأحجام الجزيئية الصغيرة ، فإن المحاكاة والبيانات التجريبية متفقة جيدا لكلا الجزيئين. ومع ذلك ، فإن الأحجام الجزيئية الأكبر تولد انحرافات أعلى في تقدم المنحنى في عمليات المحاكاة ، مما يدل على تأخير في البداية وارتفاع أقوى في المسار اللاحق للرسوم البيانية. في الواقع ، يتناقص معامل النفاذية مع زيادة الحجم الجزيئي مع تصرف المعاملات المحاكاة بشكل مشابه لمعاملات النفاذية التجريبية.

وتجدر الإشارة إلى أن معظم النماذج التي تستخدم الخلايا الكيراتينية منخفضة الكالسيوم ودرجة الحرارة العالية للإنسان لديها معاملات نفاذية وانتشار أقل مقارنة بالنماذج التي لا تحتوي على الخلايا الكيراتينية منخفضة الكالسيوم ودرجة الحرارة العالية للبالغين. يمكن إنشاء نموذج محاكاة الكولاجين في غضون 11 إلى 12 يوما ويمكن إكمال قياس النفاذية في ست ساعات إذا تم إجراؤه بشكل صحيح. أثناء تنفيذ الإجراء ، من المهم الحفاظ على الظروف الحدودية مثل درجة الحرارة وحجم التعبئة وتركيز المادة المطبقة والرطوبة وعملية الغشاء ثابتة من أجل تقليل تباين معامل النفاذ.

بمساعدة محاكاة الوحدة هذه ، يمكن تقليل الجهد التجريبي ويمكن التنبؤ بالأداء لفترة طويلة. يمكن أيضا تكييفه مع أجهزة النفاذية الأخرى أو أنظمة ملكية الأعضاء. تمهد هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال التطبيقات الصيدلانية والتجميلية بالإضافة إلى التطوير التفاعلي في هندسة الأنسجة لاستكشاف عمليات نفاذية الانتشار في الأنسجة الاصطناعية.