برهم‌کنش دینامیکی تیرک نوسانی میکروسکوپ نیروی اتمی و سلول‌های اپیتلیال کبد انسانی: تحلیل مشخصه‌های مکانیکی سلولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، دماوند، تهران، ایران،

2 گروه مهندسی پزشکی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 گروه فیزیک, دانشگده فنی مهندسی, دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، دماوند، تهران، ایران

10.66224/masm.2026.2105527.1206
چکیده
در این پژوهش، خواص نانومکانیکی و پاسخ دینامیکی سلول‌های سالم و سرطانی کبد انسانی قبل و بعد از درمان با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی شد. مدول یانگ سلول‌های سالم و سرطانی به‌ترتیب 2.940±1.069kPa و 0.785±0.282kPa به‌دست آمد. بطور کلی طبق انتظارات، مدول الاستیک در سلولهای سرطانی کمتر از سلول سالم بوده، اما چسبندگی در سلولهای سرطانی از سلولهای بیشتر است. درمان با سیس‌پلاتین، پلاسمای سرد اتمسفری و ترکیب این دو روش موجب افزایش مدول یانگ سلول‌های سرطانی به‌ترتیب تا 2.218، 2.780 و 3.660±1.811 کیلوپاسکال شد. همچنین، افزایش سختی سلول‌ها باعث انتقال فرکانس تشدید تیرک AFM به مقادیر بالاتر گردید؛ به‌گونه‌ای که فرکانس مد اول از 3.98 kHz به 4.35 kHz افزایش یافت. مدل تحلیلی مبتنی بر تئوری تیر تیموشنکو و مدل تماس DMT با نتایج تجربی و شبیه‌سازی المان محدود تطابق مناسبی داشت و خطای آن کمتر از 7.205% بود. نتایج نشان می‌دهد که ترکیب مشخصه‌یابی نانومکانیکی و تحلیل دینامیکی AFM می‌تواند روشی دقیق و غیرمخرب برای ارزیابی خواص مکانیکی سلول‌های سرطانی و اثربخشی درمان باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Dynamic Interaction between an AFM Oscillating Cantilever and Human Liver Epithelial Cells: Analysis of Cellular Mechanical Properties

نویسندگان English

Ali Sadeghi 1
Shahrokh Shojaei 2
Mansoureh Lafouti 3
Farimah Mahin Shafie 2
1 Department of Mechanical Engineering, Damavand branch, Islamic Azad University, Damavand, Tehran, Iran
2 Associate Professor , Department of Biomedical Engineering, CT.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Physics, Dam.c., Islamic Azad University, Damavand, Iran
چکیده English

In this study, the nanomechanical properties and dynamic response of healthy and cancerous human liver cells before and after treatments were investigated using atomic force microscopy (AFM). The Young’s modulus of healthy and untreated cancerous cells was measured at 2.940±1.069kPa and 0.785±0.282kPa, respectively. Treatment with cisplatin, atmospheric cold plasma (DBD), and their combined therapy increased the Young’s modulus of cancer cells to 2.218، 2.780 and 3.660±1.811, respectively. Furthermore, the enhanced cellular stiffness induced a shift in the AFM cantilever resonance frequency toward higher values, increasing the first-mode frequency from 3.98 kHz to 4.35 kHz. An analytical model based on Timoshenko beam theory and the DMT contact model showed excellent agreement with experimental and finite element method (FEM) results, with a relative error below 7.205%. These findings demonstrate that coupling nanomechanical characterization with AFM dynamic analysis provides a precise and non-destructive tool for evaluating cancer cell mechanical properties and monitoring therapeutic efficacy.

کلیدواژه‌ها English

Atomic force microscopy
Liver cancerous cells
Young’s modulus
Cisplatin
Plasma treatment
دوره 5، شماره 4
زمستان 1404
صفحه 568-589

  • تاریخ دریافت 19 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 03 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 19 مهر 1405