مطالعه تئوری و تجربی مدول یانگ بافت سرطانی کبد به کمک تیرک‌های مستطیلی، وی-شکل و خنجری میکروسکوپ نیروی اتمی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مهندسی ساخت و تولید ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

10.22044/jsfm.2023.13325.3759

چکیده

کبد از مهم‌ترین اعضای بدن بوده که مسئولیت اصلی را در متابولیسم پروتئین‌ها و سم‌زدایی بدن بر عهده دارد. بررسی بافت و مطالعه خواص مکانیکی آن، می‌تواند بستری برای تشخیص زودهنگام سرطان و به دنبال آن شناسایی روش‌های درمان باشد. میکروسکوپ نیروی اتمی ابزاری بسیار قدرتمند در تصویربرداری و شناسایی خواص مکانیکی نانو ذرات و در مراحل پیشرفته‌تر برای جابه‌جایی این ذرات است. در این پژوهش نیز از میکروسکوپ نیروی اتمی و با استفاده از سه نوع تیرک با هندسه‌های مستطیلی، وی-شکل و خنجری به بررسی مدول یانگ بافت سرطانی کبد پرداخته شده است. سپس با استفاده از مدل تماسی هرتز، محدوده مدول یانگ برای هر سه نوع تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی شبیه‌سازی شده است. نتایج کار تجربی و شبیه‌سازی‌های تئوری باهم مقایسه شده‌اند. درنهایت به منظور صحت سنجی، نتایج به دست آمده در این پژوهش با دیگر پژوهش‌ها مقایسه شده‌اند. نتایج به‌دست‌آمده نشان داده است که استفاده از تیرک وی-شکل موجب دست‎یابی به محدوده دقیق‌تری از مدول یانگ می‌شود. همچنین مدول یانگ برای بافت سرطانی کبد در محدوده 800 تا1500 پاسکال به دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Siegel RL, Miller KD, Fedewa SA, Ahnen DJ, Meester RG, Barzi A, Jemal A, (2017) Colorectal cancer statistics. CA: a cancer journal clinicians 67(3): 177-193.
[2] Sun Y, Li H, Chen Q, Luo Q, Song G, (2021) The distribution of liver cancer stem cells correlates with the mechanical heterogeneity of liver cancer tissue. Histochemistry and Cell Biology 156: 47-58.
[3] Lee TKW, Castilho A, Ma S, Ng IOL, (2009) Liver cancer stem cells: implications for a new therapeutic target. Liver International 29(7): 955-965.
[4] Chan LK, Tsui YM, Ho DWH, Ng IOL, (2022) Cellular heterogeneity and plasticity in liver cancer. In Seminars in cancer biology 82: 134-149.
[5] Michalopoulos GK, (2017) Hepatostat: Liver regeneration and normal liver tissue maintenance. Hepatology 65(4): 1384-1392.
[6] Jeong S, Zheng B, Wang H, Xia Q, Chen L, (2018) Nervous system and primary liver cancer. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer 1869(2): 286-292.
[7] Sia D, Villanueva A, Friedman SL, Llovet JM, (2017) Liver cancer cell of origin, molecular class, and effects on patient prognosis. Gastroenterology 152(4): 745-761.
[8] Mattei G. Ahluwalia A, (2016) Sample, testing and analysis variables affecting liver mechanical properties: A review. Acta biomaterial 45: 60-71.
 [9] Chatelin S, Oudry J, Périchon N, Sandrin L, Allemann P, Soler L, Willinger R, (2011) In vivo liver tissue mechanical properties by transient elastography: Comparison with dynamic mechanical analysis. Biorheology 48(2): 75-88.
[10] Tian M, Li Y, Liu W, Jin L, Jiang X, Wang X, Ding Z, Peng Y, Zhou J, Fan J, Cao Y, (2015) The nanomechanical signature of liver cancer tissues and its molecular origin. Nanoscale 7(30): 12998-13010.
[11] Yeh WC, Li PC, Jeng YM, Hsu HC, Kuo PL, Li ML, Yang PM, Lee PH, (2002) Elastic modulus measurements of human liver and correlation with pathology. Ultrasound in med 28(4): 467-474.
[12] McKee CT, Last JA, Russell P, Murphy CJ, (2011) Indentation versus tensile measurements of Young's modulus for soft biological tissues. Tissue Eng 17(3): 155-164.
 [13] Huwart L, Peeters F, Sinkus R, Annet L, Salameh N, Beek LC, Horsmans Y, Van Beers BE, (2006) Liver fibrosis: non-invasive assessment with MR elastography. NMR in Biomedicine: An International Journal Devoted to the Development and Application of Magnetic Resonance In vivo 19(2): 173-179.
[14] Karimi A, Shojaei A, (2018) An experimental study to measure the mechanical properties of the human liver. Digestive Diseases 36(2): 150-155.
[15] Carter FJ, Frank TG, Davies PJ, McLean D, Cuschieri A, (2001) Measurement and modelling of the compliance of human and porcine organs. Medical Image Analysis 5: 231–236.
[16] Nava A, Mazza E, Furrer M, Villiger P, Reinhart WH, (2008) In vivo mechanical characterization of human liver. Medic image analysis 12(2): 203-216.
[17] Sun J, Luo Q, Liu L, Song G, (2019) Low-level shear stress induces differentiation of liver cancer stem cells via the Wnt/β-catenin signalling pathway. Experimental cell research 375(1): 90-96.
[18] Taheri M, (2023) The Second Phase of Gold Nanoparticle Manipulation based on AFM in Different Liquid Environments. Journal of Solid and Fluid Mech 13(1): 137-146 (In Persian).
[19] Haouchine N, Dequidt J, Peterlik I, Kerrien E,                  Berger MO, Cotin S, (2014) Towards an accurate tracking of liver tumors for augmented reality in robotic assisted surgery. In IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA): 4121-4126.
[20] Bernal M, Chamming F, Couade M, Bercoff J, Tanter M, Gennisson J, (2015) In vivo quantification of the nonlinear shear modulus in breast lesions: Feasibility study. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control 63(1): 101-109.
[21] Taheri M, Karimi P, Mostali M, Nazimzadeh M, (2022) Calculation of Young's modulus of head and neck cancer cells during nanomanipulation process based on atomic force microscope. Mech Eng 31(4): 22-31 (In Persian).
[22] Taheri M, (2020) Determination of the young modulus of gastric cancer tissue experimentally using atomic force microscopy. Modares Mech Eng 20(12): 2709-2720 (In Persian).
 
[23] Korayem MH, Ghahnaviyeh SD, Ghasemi M, Taheri M, (2015) Effect of different geometrical parameters of atomic force microscope cantilevers in critical force and time based on manipulation with applying EFAST sensitivity analyses. Modares Mech Eng, 15(1): 310-316 (In Persian).
[24] Korayem MH, Khaksar H, HefzAbad RN, Taheri M, (2015) Simulation of soft bacteria contact to be applied in nanomanipulation. Modares Mech Eng 14(14): 227-234 (In Persian).
[25] Taheri M, (2019) Investigation and sensitivity analysis of dimensional parameters and velocity in the 3D nanomanipulation dynamics of carbon nanotubes using statistical Sobol method. Modares Mech Eng 19(1): 125-135 (In Persian).
[26] Miller LL, Bale WF, (1954) Synthesis of all plasma protein fractions except gamma globulins by the liver; the use of zone electrophoresis and lysine-epsilon-C14 to define the plasma proteins synthesized by the isolated perfused liver. Journal of Experiment Medic 99(2):125-132.
[27] Fausto N, Jean SC, Kimberly JR, (2006) Liver regeneration. Hepatology 43: S45-S53.
[28] Yang JD, Hainaut P, Gores GJ, Amadou A, Plymoth A, Roberts LR, (2019) A global view of hepatocellular carcinoma: trends, risk, prevention and management. Nature reviews 16(10): 589-604.
[29] Balogh J, Victor IIID, Asham EH, Burroughs SG, Boktour M, Saharia A, Li X, Ghobrial RM, Monsour JrHP, (2016) Hepatocellular carcinoma: a review. Journal of hepatocellular carcinoma:41-53.
[30] Lekka M, (2022) Applicability of atomic force microscopy to determine cancer-related changes in cells. Philosophical Transactions of the Royal Sci 380(2232): 20210346.
[31] Taheri M, Faraji H, (2023) Extraction of force and critical time of three-dimensional manipulation of colon cancer tissue with different models of Persson friction. Journal of Solid and Fluid Mech 12(6): 113-123 (In Persian).