Modelado de elementos finitos de un microambiente eléctrico celular

Este método ayuda a predecir el microambiente eléctrico de una célula asen sentada en un andamio de fibra, como la matriz extracelular. Hay dos ventajas principales que surgen del modelado insilico. La predicción de las condiciones experimentales es 3D, mientras que la optimización está habilitada por la facilidad de cambio de parámetros.

La estimulación eléctrica ayuda a la regeneración de múltiples tejidos. Este modelo en modelos insilico similares ayudará a la optimización de los parámetros de estimulación. Para comenzar, abra el software COMSOL y seleccione el modelo en blanco.

En el constructor de modelos, haga clic derecho en las definiciones globales, seleccione parámetros y agregue parámetros de acuerdo con la tabla uno en el manuscrito de texto. Puede agregarlos uno por uno o cargarlos desde un archivo de texto. En el generador de modelos, en definiciones globales, haga clic con el botón derecho en material y seleccione material en blanco para agregar materiales.

Para agregar propiedades de material, vaya a la configuración del material recién agregado, luego expanda las propiedades del material y seleccione conductividad eléctrica de las propiedades básicas. Presione el símbolo más para agregar propiedades. Repita este proceso para obtener una permitividad relativa.

Complete las propiedades actuales del material, de acuerdo con la tabla dos del manuscrito de texto. A continuación, haga clic izquierdo en agregar componente desde la pestaña de inicio y seleccione 3D para agregar un nuevo nodo de componente en el constructor de modelos. Una vez más, haga clic con el botón derecho en la geometría, haga clic con el botón izquierdo en insertar secuencia.

A continuación, haga doble clic en el modelo completo y seleccione la secuencia adecuada. En el nodo de componente actual en el generador de modelos, haga clic con el botón derecho en materiales y seleccione el vínculo de material. Asocie materiales para cada componente en este orden, sustancia circundante, capas y núcleos.

En la pestaña configuración de la sustancia circundante, expanda la lista de selección para elegir la selección de medios. Expanda la configuración del enlace y elija el material apropiado, como los medios de cultivo, de la lista desplegable. Para ver los dominios dentro del bloque de medios de cultivo, active el botón de transparencia en la pestaña de gráficos.

Configure los otros enlaces de material de la misma manera. En el generador de modelos, haga clic con el botón izquierdo en el componente actual, seleccione agregar física, luego expanda el módulo AC/DC para seleccionar el módulo de corriente eléctrica y haga clic en agregar al componente. Para definir condiciones de contorno, seleccione la vista XY en la ficha gráficos.

Vaya al constructor de modelos nuevamente, haga clic derecho en el nodo de corrientes eléctricas y seleccione tierra. A continuación, mantenga activo el modificador de selección para la selección de límites. Haga clic con el botón izquierdo en la cara de la sustancia circundante más alta paralela al plano XZ y agregue el límite cinco en el cuadro de selección de límites.

En el constructor de modelos, haga clic derecho en el nodo de corriente eléctrica y seleccione terminal. Manteniendo activa la selección de límites, haga clic con el botón izquierdo en la cara de sustancia circundante más baja paralela al plano XZ y agregue el límite también en el cuadro de selección de límites. Luego, al expandir la selección de terminales, seleccione un voltaje en la lista desplegable tipo de terminal y complete V cero para el voltaje.

En definiciones globales en el constructor de modelos, haga clic con el botón izquierdo en los parámetros y cambie el parámetro theta al ángulo de orientación de la fibra deseado para la simulación. Expanda el nodo de componentes para cada componente en el generador de modelos, luego a la derecha, haga clic en geometría y seleccione construir todo. Haga clic con el botón izquierdo en el nodo raíz del modelo en el generador de modelos y abra la pestaña Agregar estudio.

Seleccione Estudio estacionario y haga clic con el botón derecho en Agregar estudio. En el estudio recién agregado, haga clic con el botón izquierdo en el paso uno, expanda las extensiones de estudio, marque la casilla de refinamiento de malla adaptativa y haga clic en calcular para obtener la malla refinada. Haga clic con el botón izquierdo en el nodo raíz del modelo en el generador de modelos y abra la pestaña Agregar estudio, seleccione Estudio estacionario y haga clic con el botón derecho en Agregar estudio.

En el estudio recién agregado, haga clic con el botón izquierdo en el paso uno, expanda la selección de malla y seleccione la malla generada en el estudio de refinamiento de malla adaptativa. Continúe haciendo clic derecho en el botón de cómputo. Haga clic con el botón derecho en el nodo de resultados en el generador de modelos y seleccione el grupo de gráficos 3D para editar la configuración.

Cambie la etiqueta a densidad de carga y seleccione el conjunto de datos del estudio paramétrico expandiendo el conjunto de datos de la lista desplegable. Luego, en la leyenda de color, marque las casillas para mostrar leyendas y mostrar valores máximos y mínimos. De nuevo en el nodo de resultados, haga clic con el botón derecho en densidad cargada para seleccionar el volumen y proceda a editar la pestaña de configuración.

Expanda la pestaña de datos, luego seleccione entre el padre y complete EC. RHOQ en el cuadro de expresión. Marque la casilla de rango de color manual de la pestaña rango y establezca el mínimo y el máximo en menos 0.3 y 0.3 respectivamente. Expanda el color y el estilo y establezca la coloración en tabla de colores y tabla de colores en onda.

Marque la casilla de leyenda de color y la gama de colores de simetrías. Haga clic con el botón derecho en el generador de volumen y modelo y seleccione filtro. Vaya a la pestaña de configuración y complete la expresión lógica para la inclusión.

Haga clic con el botón izquierdo en el botón de trazado para visualizar los resultados en la ventana gráfica. En este análisis, se muestran cinco etapas de complejidad geométrica diferentes que influyeron en el resultado de la simulación. Una malla que es demasiado gruesa, puede ocultar información relevante.

Utilizando el refinamiento de malla adaptativa, se obtiene una malla con elementos más pequeños, ya que se requiere para obtener resultados precisos. En diferentes niveles de complejidad para el modelo mate fibroso, la fuerza del campo eléctrico fue influenciada por la alineación de las fibras con respecto al gradiente de potencial. Además, la alineación de la fibra en ángulo con el gradiente de potencial eléctrico afecta la densidad de carga espacial en los medios de cultivo celular circundantes.

En el estudio de orientación de la fibra del andamio, las predicciones del modelo RNC del estado del estudio se ilustraron cuando las fibras eran paralelas o perpendiculares al campo eléctrico. La densidad de carga y la densidad de corriente fueron influenciadas por la alineación de la fibra del andamio en relación con el campo eléctrico. Este protocolo se puede utilizar para investigar el impacto de los cambios de parámetros en la densidad de carga alrededor de un segmento de andamio de fibra.

Es importante recordar que al cambiar los parámetros del modelo, como los datos o las propiedades del material, el rango de densidad de carga resultante puede cambiar significativamente. Para una mejor visualización, el rango debe optimizarse de tal manera que se pueda observar la máxima variabilidad en la densidad cargada.