جهاز الموائع الدقيقة لفصل خلايا سرطان الثدي غير النقيلي (MCF-7) وغير الورمية (MCF-10A) باستخدام الرحلان الكهربائي AC

يسمح هذا البروتوكول بفصل السرطان والخلايا السليمة بطريقة خاضعة للرقابة عن طريق الحفاظ على الموصلية ثابتة وتغيير التردد المطبق. يحاكي هذا البروتوكول الفرز الخاضع للرقابة لخلايا سرطان الثدي غير النقيلي والخلايا الظهارية غير السرطانية للثدي باستخدام الرحلان الكهربائي AC. هذه التقنية هي أول مثال قائم على المحاكاة للفصل المضمن لخلايا سرطان الثدي غير النقيلي والخلايا الظهارية غير السرطانية للثدي بناء على خصائصها العازلة.

للبدء ، افتح برنامج Multiphysics ، وحدد النموذج الفارغ وانقر بزر الماوس الأيمن على التعريفات العالمية. حدد المعلمات واستورد المعلمات الواردة في الجدول الأول إلى تعريفات عامة كملف نصي أو أدخل القيم بشكل فردي. حدد إضافة مكون من علامة التبويب الصفحة الرئيسية وأضف مكون 2D.

انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهندسة واستورد ملف النموذج بالنقر المزدوج فوق الملف. اختر مادة فارغة واستخدم خصائص المادة من الجدول الأول. انتقل إلى علامة التبويب الصفحة الرئيسية ، وحدد إضافة فيزياء واكتب AC / DC.

ثم انتقل إلى عقدة AC / DC تحت العقدة الفرعية للمجالات والتيارات الكهربائية واختر التيارات الكهربائية كفيزياء. اعزل جدران القناة لتعيين إمكانات للأقطاب الكهربائية عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على التيار الكهربائي واختيار العقد الفرعية للحفاظ على التيار والعزل والجهد الكهربائي. بعد ذلك ، حدد إضافة فيزياء من علامة التبويب الرئيسية وتحت عقدة تدفق السوائل ، انتقل إلى تدفق الطور أحادي الطور الفرعي واختر فيزياء التدفق الزاحف.

انقر بزر الماوس الأيمن على التدفق أحادي الطور واعرض حدود الشريحة كجدران باستخدام العقدة الفرعية للجدار. انقر بزر الماوس الأيمن فوق التدفق أحادي الطور وأضف عقدتين فرعيتين للمدخل وعقدة فرعية لمنفذ واحد. قم بتعيين المداخل باستخدام العقدة الفرعية للمدخل واستخدم السرعة العادية وسرعة التدفق كشرط حدودي.

قم بتعيين المنفذ باستخدام العقدة الفرعية للمنفذ. ثم حدد إضافة فيزياء من علامة التبويب الرئيسية وتحت عقدة تدفق السوائل ، انتقل إلى العقدة الفرعية لتتبع الجسيمات واختر فيزياء تدفق تتبع الجسيمات. انقر بزر الماوس الأيمن فوق عقدة تتبع الجسيمات وتحقق من الإعدادات.

قم بتعيين خصائص الجسيمات لكل من خلايا MCF-10A و MCF-7 باستخدام العقدة الفرعية لخصائص الجسيمات. اختر خصائص الجسيمات من المعلمات الموجودة أسفل قسم التعريف العام. أضف العقدة الفرعية لقوة السحب لتعيين القوة الكهربية لكلا النوعين من الخلايا.

في هذه الحالة ، أضف خصائص الجسيمات من قسم المعلمة. اختر الآن إضافة شبكة وحدد شبكة دقيقة من علامة التبويب الصفحة الرئيسية. لبناء شبكة ، حدد إنشاء شبكة وانقر فوق إضافة دراسة لإضافة ثلاث خطوات دراسة.

الخطوة الأولى للدراسة هي محاكاة استجابة التردد واستخدام عقدة فرعية لمجال التردد. لمحاكاة التدفق الزاحف ، اختر عقدة دراسة ثابتة. أضف خطوتين معتمدتين على الوقت لمحاكاة الظروف بقوة ثنائية الكهروبائى وبدون قوة ثنائية الإلكتروبوت.

بالنسبة لحالة العقدة ثنائية الكهرومغناطيس ، اختر الفيزياء واختيار المتغير ، وحدد مربع تعديل تكوين النموذج لإعداد الدراسة وقم بتعطيل خطوة ثنائي الرحلان. لظروف dielectrophoretic ، لا تعطيل. قم بتشغيل المحاكاة بعد حفظ الملف.

بعد إجراء محاكاة CFD عن طريق إدخال سرطان الثدي غير النقيلي وخطوط الخلايا الظهارية غير الورمية للثدي ، قم بحل مجموعتين من دراسات CFD. بالنسبة للمجموعة الأولى ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق الدراسة الأولى وأضف العقدة الفرعية للمسح البارامتري. اضغط على علامة الجمع لإضافة الموصلية المتوسطة السائلة sigma_m كمتغير الاجتياح.

إجراء دراسة مسح حدودية للتوصيل المتوسط السائل sigma_m تتراوح من 0.01 إلى 2.5 سيمنز لكل متر ، مع الحفاظ على التردد المطبق ثابتا عند 800 كيلو هرتز. بالنسبة للمجموعة الثانية ، قم بإجراء دراسة مسح حدودية عن طريق تغيير تردد التيار المتردد المطبق من 100 كيلو هرتز إلى 100 ميجاهرتز ، مع الحفاظ على موصلية وسط السائل sigma_m ثابتة عند 0.4 سيمنز لكل متر. احسب قوة الرحلان الكهربائي المؤثرة على جسيم كروي عازل في وسط موصل باستخدام هذه المعادلة تحت العقدة الفرعية للقوة الكهربية.

استخدم هذه المعادلة لجسيم كروي تحت العقدة الفرعية للقوة الكهربية. بالنسبة لجسيم كروي تحت العقدة الفرعية للقوة الكهربية ، استخدم هذه المعادلة. استخدم صورة معدلة من المعادلة السابقة لنمذجة الخلايا البيولوجية مثل خلايا الثدييات الأكثر تعقيدا ولها بنية متعددة الطبقات.

ثم حل النفاذية المعقدة باستخدام هذه المعادلة. ثم ارسم REK كدالة للمجال الكهربائي المطبق للسرطان والخلايا السليمة. انقر بزر الماوس الأيمن على عقدة النتائج.

أضف العقدة الفرعية لتقييم الجسيمات. وفي قسم التعبير ، اكتب fpt.deff1. K لرسم عامل CM للجسيم الأول و fpt.deff2.

K للجسيم اثنين. تحت الموصلية المتوسطة للسوائل البالغة 0.01 سيمنز لكل متر وتردد التيار المتردد البالغ 100 كيلو هرتز ، تعاني خلايا MCF-10A و MCF-7 من رحلان كهربائي إيجابي بقيمة REK تبلغ 0.82 و 0.76. عند توصيل 0.4 سيمنز لكل متر ، أظهر MCF-10A و MCF-7 سلوكا كهربائيا سلبيا مع قيم REK ناقص 0.46 وناقص 0.31 على التوالي.

عندما تم زيادة الموصلية إلى 1.2 سيمنز لكل متر ، شهدت خطوط الخلايا رحلان كهربائي سلبي عند 100 كيلو هرتز مع قيم REK ناقص 0.49 وناقص 0.43. تحت الموصلية 0.01 سيمنز لكل متر ، عانى كلا النوعين من الخلايا من رحلان كهربائي إيجابي ، وانتقلا نحو منطقة شدة المجال الكهربائي العالية وخرجا من المخرج العلوي. انتقلت خلايا MCF-10A إلى المخرج العلوي ، بينما انتقلت خلايا MCF-7 إلى المخرج السفلي عندما تم زيادة الموصلية إلى 0.4 سيمنز لكل متر مع تردد مطبق ثابت عند 0.8 ميغا هرتز.

مع زيادة الموصلية المتوسطة إلى 1.2 سيمنز لكل متر ، ابتعدت خطوط الخلايا عن مناطق المجال الكهربائي العالي. عند تردد 100 كيلو هرتز ، عانى كلا خطي الخلية من رحلان كهربائي سلبي وتحركا نحو المخرج السفلي. ظل سلوك كلا خطي الخلية دون تغيير حتى 0.8 ميغا هرتز.

أبعد من ذلك ، غيرت MCF-10A سلوكها ثنائي الكهرباء وعبرت إلى منطقة ثنائي الكهرباء الإيجابي. عند 100 ميغا هرتز ، شهد كلا خطي الخلية ثنائي كهربائي إيجابي وتحركا نحو المخرج العلوي. ستفتح هذه التقنيات أماكن جديدة للباحثين الذين يرغبون في فصل الخلايا القابلة للحياة وغير القابلة للحياة وفرز أنواع مختلفة من الخلايا السرطانية إذا لم تكن الخصائص العازلة هي نفسها.

أيضا ، يمكن تحقيق الفرز على أساس أحجام مختلفة باستخدام نفس الطريقة.