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Evaluación del Corte Inducido por Flujo en una Diapositiva Microfluídica Porosa: Análisis CFD e Investigación Experimental

Autores: Neves, Manoela; Aparnasai Reddy, Gayathri; Niyingenera, Anitha; Delaney, Norah; Meng, Wilson S.; Zakerzadeh, Rana

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Evaluación del Corte Inducido por Flujo en una Diapositiva Microfluídica Porosa: Análisis CFD e Investigación Experimental


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Dispositivos microfluídicos
Siembra celular
Cultivo celular en 3D
Tensión de corte
Dinámica de fluidos computacional
Tasa de flujo de perfusión

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los dispositivos microfluídicos ofrecen entornos físicos bien definidos que son adecuados para la siembra efectiva de células y experimentos de cultivo celular tridimensional (3D) in vitro. Estas plataformas se han utilizado para modelar condiciones in vivo para estudiar fuerzas mecánicas, interacciones entre células y matriz extracelular (ECM), y para elucidar mecanismos de transporte en estructuras similares a tejidos 3D, como organoides de tumores y ganglios linfáticos. Los estudios han demostrado que el comportamiento del flujo de fluidos en diapositivas microfluídicas (u-diagramas) influye directamente en el estrés cortante, que ha surgido como un factor clave que afecta la proliferación y diferenciación celular. Este estudio investiga el flujo de fluidos en el canal poroso de un u-diagrama utilizando técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) para analizar el impacto de la tasa de flujo de perfusión y las propiedades porosas en los esfuerzos cortantes resultantes. Se considera el modelo del u-diagrama lleno de un biomaterial permeable. El flujo de fluidos en medios porosos en el canal se caracteriza añadiendo un término de pérdida de momento a las ecuaciones de Navier-Stokes estándar, con un rango fisiológico de valores de permeabilidad. Se realizan simulaciones numéricas para obtener datos y gráficos de contorno de la velocidad de filtración y las distribuciones de esfuerzo cortante inducido por el flujo dentro del canal del dispositivo. El flujo de filtración se mide posteriormente realizando perfusiones de proteínas en la diapositiva incrustada con ECM nativo derivado de humanos, mientras que la tasa de flujo se controla utilizando una bomba de jeringa. Se analizan las relaciones entre la tasa de flujo de entrada y el esfuerzo cortante, así como el flujo de filtración y la permeabilidad de la ECM. Los hallazgos proporcionan información sobre el impacto del esfuerzo cortante, informando sobre la optimización de las condiciones de perfusión para estudiar tejidos y células bajo flujo de fluidos.

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