تعیین مدول یانگ سلول‌های سرطانی با استفاده از مدل‌های مکانیک تماس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

10.61186/masm.2026.2080958.1177
چکیده
اندازه‌گیری سفتی سلولی که به علت تغییر ساختار سیتواسکلتی سلول‌های سرطانی است می‌تواند در زمینه تشخیص زودهنگام انواع سرطان مورداستفاده قرار گیرد. یکی از روش‌های بررسی خواص مکانیک سطح سلول، استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) است که با دندانه گذاری سلولی می‌توان سفتی غشای سلولی را اندازه‌گیری کرد. ازنقطه‌نظر بیومکانیکی، بیماری سرطان را می‌توان با روش تعیین مدول یانگ بافت سرطانی موردبررسی قرارداد. تعیین و اندازه‌گیری مدول یانگ در سلول‌های سرطانی به دو روش تجربی و استفاده از روش‌های مدل‌سازی ریاضی انجام می‌شود. در این مقاله با بررسی نمودار نیرو-فرورفتگی به‌دست‌آمده از بررسی‌های تجربی به تعیین مدول یانگ سلول‌ها پرداخته می‌شود. برای این منظور از داده‌های نیرو-فرورفتگی اندازه‌گیری شده توسط AFM برای دو نوع سلول‌ سالم و سرطانی دهانه رحم و پروستات استفاده می‌شود. سپس مدل‌های مکانیک تماسی هرتز، JKR و تاتارا بر روی داده‌های اعمال و مقدار مدول یانگ محاسبه می‌گردد. با بررسی نتایج به‌دست‌آمده از این سه مدل مشخص می‌شود که مدول یانگ به‌دست‌آمده از مدل‌های هرتز و تاتارا بسیار به هم نزدیک می‌باشند، در حالی که نتایج به‌دست‌آمده از مدل JKR به طور چشمگیری نسبت به دو مدل دیگر کمتر است. دلیل این اختلاف استفاده از نیروهای چسبندگی در مدل JKR می‌باشد. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده از این مقاله، تفاوت مدول یانگ در سلول‌های سرطانی و سلول‌های سالم می‌تواند شاخصی برای تشخیص زودهنگام سرطان باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Calculating Young's Modulus of Cancer Cells Using Contact Mechanic Models

نویسندگان English

Elham Baradari 1
Javad Faraji 2
1 MSc. graduate, Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده English

Measurement of cell stiffness, which results from changes in the cytoskeletal structure of cancer cells, can be used as a promising approach for the early detection of cancer. One of the methods for investigating the mechanical properties of the cell surface is the use of atomic force microscopy (AFM), which can be used to determine the stiffness of the cell membrane by indenting the cell. From a biomechanical point of view, cancer can be investigated by determining the Young’s modulus of cancer tissue. The determination and measurement of Young’s modulus in cancer cells can be performed either experimentally or using mathematical modeling approaches. In this study, Young’s modulus of cells is determined by analyzing force-indentation curves from experimental studies. For this purpose, force- indentation data measured with the AFM are used for two cell types: healthy and cancerous cervical and prostate cells. The mechanical contact models of Hertz, JKR and Tatara are then applied to the data to calculate the Young’s modulus. The results of these three models show that the Young’s modulus values obtained with the Hertz and Tatara models are very close to each other, while the value obtained with the JKR model is significantly lower. This discrepancy is attributed to the inclusion of adhesion forces in the JKR model. Based on the results of this study, the difference in Young’s modulus between cancerous and healthy cells could serve as a potential indicator for early cancer detection.

کلیدواژه‌ها English

Cancer Cells
Hertz
JKR. Tatara
AFM

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 06 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 15 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 03 خرداد 1405