Бакалавр
Дипломные и курсовые на заказ

Модель транспорта макромолекул в биологической ткани при циклической деформации

Диссертация: Модель транспорта макромолекул в биологической ткани при циклической деформации
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Биологические ткани состоят из клеток и полимерной сети, или внеклеточного матрикса, пространство между элементами которого заполнено жидкостью. Таким образом, основу ткани, то есть внеклеточную среду, составляет полимерный гель. Жидкость в порах геля может перемещаться относительно матрикса. Массообмен между тканью и близкими кровеносными сосудами происходит быстро за счет диффузионного переноса… Читать ещё >

Содержание

  • Используемые обозначения
  • Введение ' 1 '
  • ГЛАВА 1. Роль потоков жидкости как механического стимула в регуляции функции биологических тканей
    • 1. 1. Биологическая ткань как гель и вязкоупругая среда
      • 1. 1. 1. Структура биологической ткани
      • 1. 1. 2. Состав и свойства некоторых биологических гидрогелей и тканей
    • 1. 2. Взаимосвязь деформации тканей, потоков внеклеточной жидкости и функционирования тканей
      • 1. 2. 1. Течение внеклеточной жидкости в ткани и перенос молекул
      • 1. 2. 2. Деформация тканей в физиологических условиях. Характерные частоты нагрузки
      • 1. 2. 3. Возникновение знакопеременного потока внеклеточной жидкости при переменной механической нагрузке
      • 1. 2. 4. Явления в биологических тканях, обусловленные их циклической деформацией и потоками внеклеточной жидкости
      • 1. 2. 5. Изменение концентрации молекул под действием потоков жидкости как механизм чувствительности клеток к потоку
  • ГЛАВА 2. Существующие модели молекулярного транспорта в биологических тканях при циклической деформации 35 2.1. Моделирование потоков жидкости в ткани при механической деформации
    • 2. 1. 1. Основные положения теории пороэластичности
    • 2. 1. 2. Существующие модели деформации биологических тканей... 39 2.2. Модели транспорта молекул в ткани и геле при циклической деформации
  • ГЛАВА 3. Модель потоков жидкости в ткани при циклической деформации
    • 3. 1. Формулировка модели
      • 3. 1. 1. Качественное описание деформации ткани
      • 3. 1. 2. Схема модели
      • 3. 1. 3. Постановка краевой задачи
      • 3. 1. 4. Эквивалентность схемы неограниченной деформации схеме ограниченной деформации при выводе основного уравнения
    • 3. 2. Численное решение
      • 3. 2. 1. Аналитическое решение
      • 3. 2. 2. Метод решения
      • 3. 2. 3. Результат численного решения
      • 3. 2. 4. Обсуждение
      • 3. 2. 5. Сравнение с другими моделями и экспериментальными данными
  • ГЛАВА 4. Модель транспорта макромолекул, связывающихся с матриксом, при циклической деформации ткани
    • 4. 1. Формулировка модели
      • 4. 1. 1. Качественное описание модели
      • 4. 1. 2. Постановка краевой задачи массопереноса
    • 4. 2. Определение безразмерных параметров
      • 4. 2. 1. Переход к безразмерным переменным
      • 4. 2. 2. Определение значений безразмерных параметров
    • 4. 3. Численное решение
      • 4. 3. 1. Решение для молекул, не связывающихся с матриксом
      • 4. 3. 2. Решение для молекул, связывающихся с матриксом
      • 4. 3. 3. Функция выигрыша
    • 4. 4. Верификация модели
      • 4. 4. 1. Сравнение предсказаний модели с экспериментальными данными
      • 4. 4. 2. Сравнение настоящей модели с другими моделями
    • 4. 5. Обсуждение результатов и
  • выводы
  • ГЛАВА 5. Примеры
  • приложения модели
    • 5. 1. Расчёт транспорта плазмина в фибриновом геле
    • 5. 2. Расчёт транспорта фибронектина в коллагеновом геле
    • 5. 3. Перспективы и возможные
  • приложения настоящей модели для решения биомедицинских задач
  • Результаты и
  • выводы

Модель транспорта макромолекул в биологической ткани при циклической деформации (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

.

Биологические ткани состоят из клеток и полимерной сети, или внеклеточного матрикса, пространство между элементами которого заполнено жидкостью. Таким образом, основу ткани, то есть внеклеточную среду, составляет полимерный гель. Жидкость в порах геля может перемещаться относительно матрикса. Массообмен между тканью и близкими кровеносными сосудами происходит быстро за счет диффузионного переноса молекул во внеклеточной жидкости. В случае, если кровоток нарушен, для транспорта молекул на большие расстояния возникают диффузионные ограничения. Это происходит, например, в поврежденной и регенерирующей ткани, в аваскулярных тканях, таких как хрящ, или в кровяных сгустках. Для таких тканей существенный вклад в перенос веществ, особенно макромолекул, вносят потоки внеклеточной жидкости.

Под действием физиологических механических нагрузок ткани подвергаются переменной деформации (сердечный ритм, работа мышц). Циклы чередования сжатий и растяжений приводят к изменяющемуся по направлению движению жидкости относительно матрикса. Это движение будем называть знакопеременными потоками жидкости.

Экспериментально доказано, что поток внеклеточной жидкости, в том числе знакопеременный, стимулирует биосинтез и влияет на скорость регенерации ткани [26]. Одним из примеров регенерации ткани является процесс приживления костного имплантата. Ткань на стыке имплантата и кости постепенно перестраивается. Для каждого типа ткани существует оптимальный диапазон скоростей потоков, определяющий образование именного этого типа (например, соединительной ткани, хряща, кости). Если поток ниже некоторого значения, то происходит резорбция, то есть растворение матрикса и отторжение имплантата. Одним из вариантов воздействия потока жидкости на клетки может быть изменение концентрации молекул вокруг них. Во многих работах предполагается, что изменение скорости переноса питательных веществ и морфогенов и есть тот стимул, на который непосредственно реагируют клетки [76]. Однако, существующих на данный момент исследований не достаточно для подтверждения или опровержения этой гипотезы. В частности, не определено, насколько знакопеременный поток может ускорять транспорт молекул внутри ткани — питательных веществ, продуктов метаболизма, факторов роста и др.

Последние 15 лет развивается область инженерии тканей, и много экспериментальных и теоретических работ посвящены механике мягких тканей под динамической нагрузкой и транспорту молекул в этих тканях. Наиболее интенсивно исследуются бессосудистые ткани, в особенности хрящ. Скорость потоков в пограничной ткани имплантата моделировалась во многих работах, чаще всего с целью найти зависимость интенсивности биосинтеза от скорости потока без изучения механизмов этой зависимости [97]. Несколько теоретических работ посвящено транспорту молекул в хряще и агарозном геле, результаты которых подтверждены экспериментально. Однако в этих работах предполагается, что молекулы не связываются и не задерживаются молекулами внеклеточного матрикса. Таким образом, не решена актуальная задача расчета транспорта молекул, связывающихся с матриксом, хотя известно, что многие белковые морфогены, факторы роста или протеазы, которые потенциально могут влиять на биосинтез клеток ткани, сорбируются на внеклеточном матриксе.

Еще одной интенсивно изучаемой задачей массопереноса макромолекул является растворение сгустков крови или тромбов. Медленная диффузия тромболитических ферментов и их связывание с молекулярной сеткой фибринового геля накладывает пространственное ограничение на скорость лизиса. Поток жидкости за счет градиента давлений увеличивает глубину проникновения макромолекул вследствие их конвективного переноса помимо диффузионного, что исследовалось экспериментально и теоретически [35]. Однако влияние переменного потока, возникающего при циклической деформации, не изучалось.

В связи с необходимостью оценить возможный вклад циклической деформации ткани в массоперенос молекул при физиологических нагрузках и частотах оказывается целесообразным построить теоретическую модель, описывающую транспорт молекул при наличии знакопеременных потоков, вызванных циклической деформацией, и при условии связывания молекул с внеклеточным матриксом.

Цель и задачи исследования

.

Целью работы было выявить закономерности влияния циклической деформации ткани на транспорт в ней макромолекул, связывающихся с внеклеточным матриксом, и найти условия, при которых скорость массопере-носа может существенно возрастать. (Под тканью подразумевается пористый материал, состоящий из полимерного каркаса, насыщенного жидкостью, в которой растворено рассматриваемое вещество. Перемещение молекул происходит под действием потока внеклеточной жидкости и за счет диффузии.).

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Построить модель деформации ткани для определения скоростей потоков жидкости в ней, вызванных внешней циклической нагрузкой.

2. Построить модель транспорта молекул, связывающихся с матриксом ткани, в условии переменных потоков, вызванных циклической деформацией ткани.

3. Установить, насколько потоки, возникающие при циклической деформации, увеличивают скорость транспорта молекул в ткани в зависимости от параметров, характеризующих внешнюю нагрузку, механические свойства ткани и свойства самих молекул.

Научная новизна.

Впервые создана модель транспорта молекул внутри биологических гидрогелей с учетом потока жидкости, вызванного деформацией, и связывания вещества с полимерной сеткой геля. Модель позволяет описывать распределение потоков жидкости и концентраций молекул в тканях, граничащих с перемешиваемой жидкой средой. Проведено сравнение предсказаний модели с экспериментальными данными и продемонстрирована ее работоспособность.

Впервые с помощью модели проведен анализ зависимости скорости мас-сопереноса веществ в геле от параметров связывания с молекулярным каркасом, механических параметров геля, частоты и амплитуды деформации. Показано, что циклическая деформация может ускорять транспорт растворенных молекул и значительно ускорять накопление связывающегося вещества. Показано, что существует оптимальная частота циклической деформации, при которой накопление связывающегося вещества происходит с теоретически максимальной скоростью при данной амплитуде деформации.

Практическая значимость работы.

На основе построенной модели можно предсказать интенсивность транспорта белковых факторов регенерации внутри гидрогелевого покрытия имплантата при внешних нагрузках на имплантат. Результаты модели могут использоваться при подборе состава и характеристик гелевых кол-лагеновых материалов, используемых в качестве покрытий костных им-плантатов, и проектировании динамической нагрузки для достижения максимальной скорости приживления. Также модель может служить основой при выборе факторов роста для заживления поврежденных тканей и протоколов их введения. Кроме того, результаты модели могут быть использованы при моделировании лизиса тромба, так как указывают на то, что эластичность тромба и пульсации давления крови могут иметь значение для транспорта тромболитических веществ внутрь сгустка и влиять на скорость его растворения.

Апробация результатов.

Результаты работы были представлены на следующих конференциях: Х-ой Международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ «Биохимическая физика» (Москва, 2010), 1-ой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010), ХУШ-ой Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Пущино, 2011). Доклады о результатах работы были представлены на семинаре сектора информатики и биофизики сложных систем кафедры биофизики биологического факультета МГУ, семинаре лаборатории физической биохимии ИТЭБ РАН и семинаре лаборатории физической биохимии ГНЦ РАМН.

По материалам диссертации опубликовано б работ, из них 2 публикации в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК и 4 — тезисы в трудах международных конференций.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Полный объём диссертации — 128 страниц. Работа содержит 25 рисунков и 3 таблицы, библиография включает 140 источников.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Построена модель потоков внеклеточной жидкости в биологической ткани с нарушенным кровоснабжением, вызванных циклической деформацией ткани. Построена модель транспорта макромолекул в ткани под действием этих потоков с учетом связывания молекул с внеклеточным мат-риксом. Расчеты кинетики массопереноса некоторых молекул в хряще и агарозном геле, проведенные на основе модели, согласуются с экспериментальными данными.

2. С помощью модели показано, что скорость транспорта молекул увеличивается под действием циклической деформации ткани по сравнению с диффузионным переносом. Причем для белка с молекулярной массой порядка 100 кДа достигается двукратное увеличение скорости его накопления при деформации ткани с амплитудой 5%. При этом увеличение скорости накопления в ткани макромолекул, которые связываются с матриксом, еще в несколько раз выше, чем для не связывающихся молекул.

3. Для макромолекул, которые связываются с компонентами матрикса, в диапазоне физиологических частот (0,001 — 10 Гц) существует оптимальная частота нагрузки, обеспечивающая максимальную скорость транспорта при постоянстве остальных параметров, характеризующих внешнюю нагрузку, механические свойства ткани и свойства молекул.

4. При построении модели проведено преобразование большого набора физиологических характеристик ткани, молекулы и внешней нагрузки к меньшему числу безразмерных коэффициентов. Полученные зависимости эффекта циклической деформации от значения этих коэффициентов позволяют оценить диапазон увеличения скорости транспорта макромолекул, достижимый в физиологических условиях.

5. На примере транспорта плазмина в 1% фибриновом геле рассчитано максимальное увеличение скорости накопления в геле плазмина, которое достигается при частоте 1 Гц и составляет около 23% при относительной деформации 5%.

6. На примере транспорта фибронектина в 1% коллагеновом геле рассчитано максимальное увеличение скорости накопления в геле фибронектина, которое достигается при частоте 0,01 Гц и составляет около 15% при относительной деформации 5%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. ., Брэй Д., Льюис Д. Молекулярная биология клетки Т.2. М.: Мир, 1994.
  2. А. В., Голомысов И. С. Кинетическое исследование реакции лизиса фибрина плазмином // Тромбоз, гемостаз и реология. 2007. С. 44−51.
  3. А. X. Диффузионные задачи в химической кинетике. Издательство Московского Университета, 2003.
  4. И. С. Экспериментальное моделирование лизиса фиб-ринового сгустка in vitro в присутствии ск2-антиплазмина и а2-макроглобулина // Вестник Московского Университета. 2003. Т. 44, № 1. С. 28−30.
  5. А. Ю., Хохлов А. Р. Статистическая физика полимеров. М.: Наука, 1989.
  6. М. Ю., Боровиков Д. В., Голубых В. Л., Домогатский С. П. Исследование массопереноса в закупоренной артерии кролика in vivo // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1998. Т. 125, № 4. С. 388−391.
  7. М. С. Механические свойства биокомпозитных материалов на основе коллагена и гидроксиапатита. // Дипломная работа. МГУ им. М. В. Ломоносова. Физический факультет, кафедра биофизики. 2010.
  8. А. А. Введение в численные методы. Наука М., 1997.
  9. Д. В., Матвеев М. Ю., Домогатский С. П. Связывание аффинного лиганда с объемной мишенью. Роль дифузионных ограничений. // Биофизика. 1991. № 36 (1). С. 49−54.
  10. В. В., Шехтер А. Б. Соединительная ткань. М.: Медицина, 1981.
  11. Р., Лейтон Р., Сэндс M. Фейнмановские лекции по физике Т.7. М.: Мир, 1966.
  12. Aarabi S., Bhatt К. A., Shi Y. et al. Mechanical load initiates hypertrophic scar formation through decreased cellular apoptosis // The FASEB Journal. 2007. Vol. 21, no. 12. P. 3250.
  13. M. В., Chahine N. O., Li R. et al. Dynamic loading of deformable porous media can induce active solute transport // Journal of biomechanics. 2008. Vol. 41, no. 15. Pp. 3152−3157.
  14. M. В., Li R., Banerjee R. E. et al. Validation of theoretical framework explaining active solute uptake in dynamically loaded porous media // Journal of biomechanics. 2010. Vol. 43, no. 12. Pp. 22 672 273.
  15. Anand S., Diamond S. L. Computer simulation of systemic circulation and clot lysis dynamics during thrombolytic therapy that accounts for inner clot transport and reaction // Circulation. 1996. Vol. 94, no. 4. P. 763.
  16. Andrade J. S., Costa U. M., Almeida M. P. et al. Inertial effects on fluid flow through disordered porous media // Physical review letters. 1999. Vol. 82, no. 26. Pp. 5249−5252.
  17. Armstrong C. G., Lai W. M., Mow V. C. An analysis of the unconfined compression of articular cartilage // Journal of biomechanical engineering. 1984. Vol. 106. P. 165.
  18. Ateshian G. A. The role of interstitial fluid pressurization in articular cartilage lubrication // Journal of biomechanics. 2009. Vol. 42, no. 9. Pp. 1163−1176.
  19. Banks H. T., Hu S, Kenz Z. R. A brief review of elasticity and viscoelasticity. CRSC-TR10−08, NC State University, May, 2010, 2010.
  20. Barnes H. A. A handbook of elementary rheology // University of Wales, Aberystwyth. 2000.
  21. Bear J., Bachmat Y. Introduction to modeling of transport phenomena in porous media. Springer Netherlands, 1990.
  22. Biot M. A. General Theory of Three-Dimensional Consolidation // Journal of applied physics. 1941. Vol. 12, no. 2. Pp. 155−164.
  23. Blinc A., Francis C. W. Transport processes in fibrinolysis and fibrinolytic therapy. // Thrombosis and haemostasis. 1996. Vol. 76, no. 4. P. 481.
  24. Blunk T., Sieminski A. L., Gooch K. J. et al. Differential effects of growth factors on tissue-engineered cartilage // Tissue engineering. 2002. Vol. 8, no. 1. Pp. 73−84.
  25. Bonassar L. J., Grodzinsky A. J., Frank E. H. et al. The effect of dynamic compression on the response of articular cartilage to insulinlike growth factor-I // Journal of orthopaedic research. 2001. Vol. 19, no. 1. Pp. 11−17. .
  26. Buschmann M. D., Gluzband Y. A., Grodzinsky A. J., Hunziker E. B. Mechanical compression modulates matrix biosynthesis in chondrocyte/agarose culture // Journal of cell science. 1995. Vol. 108, no. 4. Pp. 1497−1508.
  27. Chahine N. O., Albro M. B., Lima E. G. et al. Effect of dynamic loading on the transport of solutes into agarose hydrogels // Biophysical journal. 2009. Vol. 97, no. 4. P. 968.
  28. Chandran P. L., Barocas V. H. Microstructural mechanics of collagen gels in confined compression: poroelasticity, viscoelasticity, and collapse //Journal of biomechanical engineering. 2004. Vol. 126. P. 152.
  29. Chen X., Sarntinoranont M. Biphasic finite element model of solute transport for direct infusion into nervous tissue // Annals of Biomedical Engineering. 2007. Vol. 35, no. 12. Pp. 2145−2158.
  30. Cowin S. C. Tissue growth and remodeling // Biomedical Engineering. 2004. Vol. 6, no. 1. P. 77.
  31. Cowin S. C., Doty S. B. Tissue mechanics. Springer Verlag, 2007.
  32. Crank J. The mathematics of diffusion. Oxford university press, 1983.
  33. Diamond S. L. Engineering design of optimal strategies for blood clot dissolution // Annual Review of Biomedical Engineering. 1999. Vol. 1, no. 1. Pp. 427−461.
  34. Diamond S. L., Anand S. Inner clot diffusion and permeation during fibrinolysis // Biophysical journal. 1993. Vol. 65, no. 6. Pp. 26 222 643.
  35. Donzelli P. S., Spilker R. L. A contact finite element formulation for biological soft hydrated tissues // Computer methods in applied mechanics and engineering. 1998. Vol. 153, no. 1−2. Pp. 63−79.
  36. Duong H., Wu B., Tawil B. Modulation of 3D fibrin matrix stiffness by intrinsic fibrinogen-thrombin compositions and by extrinsic cellular activity // Tissue Engineering Part A. 2009. Vol. 15, no. 7. Pp. 1865— 1876.
  37. Evans R. C., Quinn T. M. Dynamic compression augments interstitial transport of a glucose-like solute in articular cartilage // Biophysical journal. 2006. Vol. 91, no. 4. Pp. 1541−1547.
  38. Evans R. C., Quinn T. M. Solute convection in dynamically compressed cartilage // Journal of biomechanics. 2006. Vol. 39, no. 6. Pp. 10 481 055.
  39. Ferguson S. J., Ito K., Nolte L. P. Fluid flow and convective transport of solutes within the intervertebral disc // Journal of biomechanics. 2004. Vol. 37, no. 2. Pp. 213−221.
  40. Fleury M. E., Boardman K. C., Swartz M. A. Autologous morphogen gradients by subtle interstitial flow and matrix interactions // Biophysical journal. 2006. Vol. 91, no. 1. Pp. 113−121.
  41. Francis C. W., Blinc A., Lee S., Cox C. Ultrasound accelerates transport of recombinant tissue plasminogen activator into clots // Ultrasound in medicine & biology. 1995. Vol. 21, no. 3. Pp. 419−424.
  42. Fratzl P. Collagen: structure and mechanics. Springer Verlag, 2008.
  43. Frijns A. J. H. A four-component mixture theory applied to cartilaginous tissues: numerical modelling and experiments. Technische Universiteit Eindhoven, 2000.
  44. Fritton S. P., Weinbaum S. Fluid and solute transport in bone: flow-induced mechanotransduction // Annual review of fluid mechanics. 2009. Vol. 41. P. 347.
  45. Garcia A., Szasz N., Trippel S. B. et al. Transport and binding of insulin-like growth factor I through articular cartilage // Archives of biochemistry and biophysics. 2003. Vol. 415, no. 1. Pp. 69−79.
  46. Gardiner B., Smith D., Pivonka P. et al. Solute transport in cartilage undergoing cyclic deformation // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2007. Vol. 10, no. 4. Pp. 265−278.
  47. Grodzinsky A. J., Levenston M. E., Jin M., Frank E. H. Cartilage tissue remodeling in response to mechanical forces // Annual Review of Biomedical Engineering. 2000. Vol. 2, no. 1. Pp. 691−713.
  48. Hillsley M. V., Frangos J. A. Review: Bone tissue engineering: The role of interstitial fluid flow // Biotechnology and bioengineering. 1994. Vol. 43, no. 7. Pp. 573−581.
  49. Holmes M. H., Lai W. M., Mow V. C. Singular perturbation analysis of the nonlinear, flow-dependent compressive stress relaxation behavior of articular cartilage // Journal of biomechanical engineering. 1985. Vol. 107. P. 206.
  50. Huang C. Y., Gu W. Y. Effects of mechanical compression on metabolism and distribution of oxygen and lactate in intervertebral disc // Journal of biomechanics. 2008. Vol. 41, no. 6. Pp. 1184−1196.
  51. Huiskes R., Driel W. D. V., Prendergast P. J., S0balle K. A biomechanical regulatory model for periprosthetic fibrous-tissue differentiation // Journal of materials science: Materials in medicine. 1997. Vol. 8, no. 12. Pp. 785−788.
  52. Ingham K. C., Brew S. A., Isaacs B. S. Interaction of fibronectin and its gelatin-binding domains with fluorescent-labeled chains of type I collagen. // Journal of Biological Chemistry. 1988. Vol. 263, no. 10. P. 4624.
  53. Isaksson H., Wilson W., van Donkelaar C. C. et al. Comparison of biophysical stimuli for mechano-regulation of tissue differentiation during fracture healing // Journal of biomechanics. 2006. Vol. 39, no. 8. Pp. 1507−1516.
  54. Kadler K. E., Holmes D. F., Trotter J. A., Chapman J. A. Collagen fibril formation. // Biochemical Journal. 1996. Vol. 316, no. Pt 1. P. 1.
  55. Kapellos G. E., Alexiou T. S., Payatakes A. C. Theoretical modeling of fluid flow in cellular biological media: An overview // Mathematical Biosciences. 2010.
  56. Khaled A. R. A., Vafai K. The role of porous media in modeling flow and heat transfer in biological tissues // International journal of heat and mass transfer. 2003. Vol. 46, no. 26. Pp. 4989−5003.
  57. Kim Y. J., Sah R. L. Y., Grodzinsky A. J. et al. Mechanical regulation of cartilage biosynthetic behavior: physical stimuli // Archives of biochemistry and biophysics. 1994. Vol. 311, no. 1. Pp. 1−12.
  58. Knapp D. M., Barocas V. H., Moon A. G. et al. Rheology of reconstituted type I collagen gel in confined compression // Journal of Rheology. 1997. Vol. 41, no. 5. Pp. 971−994.
  59. Knothe Tate M. L. Mixing mechanisms and net solute transport in bone // Annals of Biomedical Engineering. 2001. Vol. 29, no. 9. Pp. 810−811.
  60. Knothe Tate M. L. «Whither flows the fluid in bone». An osteocyte’s perspective // Journal of biomechanics. 2003. Vol. 36, no. 10. P. 1409.
  61. Kojic M., Filipovic N., Stojanovic B., Kojic N. Computer modeling in bioengineering-theoretical background, examples and software //J Wiley and Sons. 2008. Vol. 195. Pp.'121−146.
  62. Kojic N., Kojic M., Tschumperlin D. J. Computational modeling of extracellular mechanotransduction // Biophysical journal. 2006. Vol. 90, no. 11. Pp. 4261−4270.
  63. Kwan M. K., Lai M. W., Van Mow C. Fundamentals of fluid transport through cartilage in compression // Annals of Biomedical Engineering. 1984. Vol. 12, no. 6. Pp. 537−558.
  64. Lacroix D., Prendergast P. J., Li G., Marsh D. Biomechanical model to simulate tissue differentiation and bone regeneration: application tofracture healing // Medical and Biological Engineering and Computing. 2002. Vol. 40, no. 1. Pp. 14−21.
  65. Larson R. G. The structure and rheology of complex fluids. 1999. Oxford University Press.
  66. Lee C., Grad S., Wimmer M., Alini M. The influence of mechanical stimuli on articular cartilage tissue engineering // Topics in Tissue Engineering. N. Ashammakhi and R. L. Reis. 2005. Vol. 2.
  67. Lee K. Y., Peters M. C., Anderson K. W., Mooney D. J. Controlled growth factor release from synthetic extracellular matrices // Nature. 2000. Vol. 408, no. 6815. Pp. 998−1000.
  68. Levick J. R. Flow through interstitium and other fibrous matrices // Experimental Physiology. 1987. Vol. 72, no. 4. P. 409.
  69. Liu Y., Kerdok A. E., Howe R. D. A nonlinear finite element model of soft tissue indentation // Medical Simulation. 2004. Pp. 67−76.
  70. Mansour J. M. Biomechanics of cartilage // Kinesiology: the mechanics and pathomechanics of human movement. Lippincott Williams and Wilkins, Philadelphia, 2003. Pp. 66−79.
  71. Maroudas A. Transport of solutes through cartilage: permeability to large molecules. // Journal of Anatomy. 1976. Vol. 122, no. Pt 2. P. 335.
  72. Matveyev M. Y., Domogatsky S. P. Penetration of macromolecules into contracted blood clot. // Biophysical journal. 1992. Vol. 63, no. 3. P. 862.
  73. Mauck R. L., Nicoll S. B., Seyhan S. L. et al. Synergistic action of growth factors and dynamic loading for articular cartilage tissue engineering// Tissue Engineering. 2003. Vol. 9, no. 4. Pp. 597−611.
  74. Mosher D. F. Physiology of fibronectin // Annual review of medicine. 1984. Vol. 35, no. 1. Pp. 561−575.
  75. Mow V. C., Holmes M. H., Michael Lai W. Fluid transport and mechanical properties of articular cartilage: a review // Journal of biomechanics. 1984. Vol. 17, no. 5. Pp. 377−394.
  76. Mow V. C., Kuei S. C., Lai W. M., Armstrong C. G. Biphasic creep and stress relaxation of articular cartilage in compression: theory and experiments // Journal of Biomechanical Engineering. 1980. Vol. 102. Pp. 73−83.
  77. Mow V. C., Wang C. C., Hung C. T. The extracellular matrix, interstitial fluid and ions as a mechanical signal transducer in articular cartilage // Osteoarthritis and Cartilage. 1999. Vol. 7, no. 1. Pp. 41−58.
  78. Nagel T., Kelly D. J. Mechano-regulation of mesenchymal stem cell differentiation and. collagen organisation during skeletal tissue repair // Biomechanics and modeling in mechanobiology. 2010. Vol. 9, no. 3. Pp. 359−372.
  79. Netti P. A., Berk D. A., Swartz M. A. et al. Role of extracellular matrix assembly in interstitial transport in solid tumors // Cancer research. 2000. Vol. 60, no. 9. P. 2497.
  80. Netti P. A., Travascio F., Jain R. K. Coupled macromolecular transport and gel mechanics: Poroviscoelastic approach // AIChE Journal. 2003. Vol. 49, no. 6. Pp. 1580−1596.
  81. Noailly J., Van Oosterwyck H., Wilson W. et al. A poroviscoelastic description of fibrin gels // Journal of biomechanics. 2008. Vol. 41, no. 15. Pp. 3265−3269.
  82. Ogston A. G., Preston B. N., Wells J. D. On the transport of compact particles through solutions of chain-polymers // Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 1973. Vol. 333, no. 1594. P. 297.
  83. Ogston A. G., Stanier J. E. The physiological function of hyaluronic acid in synovial fluid- viscous, elastic and lubricant properties // The Journal of Physiology. 1953. Vol. 119, no. 2−3. P. 244.
  84. O’Hara B. P., Urban J. P., Maroudas A. Influence of cyclic loading on the nutrition of articular cartilage. // Annals of the rheumatic diseases. 1990. Vol. 49, no. 7. P. 536.
  85. Op Den Buijs J., Ritman E. L., Dragomir-Daescu D. Validation of a Fluid-Structure Interaction Model of Solute Transport in Pores of Cyclically Deformed Tissue Scaffolds // Tissue Engineering Part C: Methods. 2010. P. 962.
  86. Park S., Krishnan R., Nicoll S. B., Ateshian G. A. Cartilage interstitial fluid load support in unconfined compression // Journal of biomechanics. 2003. Vol. 36, no. 12. Pp. 1785−1796.
  87. Pedersen J. A., Swartz M. A. Mechanobiology in the third dimension // Annals of biomedical engineering. 2005. Vol. 33, no. 11. Pp. 1469−1490.
  88. Peppas N. A., Huang Y., Torres-Lugo M. et al. Physicochemical foundations and structural design of hydrogels in medicine and biology // Annual Review of Biomedical Engineering. 2000. Vol. 2, no. 1. Pp. 9−29.
  89. Phillips R. J. A hydrodynamic model for hindered diffusion of proteins and micelles in hydrogels. // Biophysical Journal. 2000. Vol. 79, no. 6. P. 3350.
  90. Pluen A., Netti P. A., Jain R. K., Berk D.' A. Diffusion of macromolecules in agarose gels: comparison of linear and globular configurations//Biophysical journal. 1999. Vol. 77, no. 1. Pp. 542−552.
  91. Prendergast P. J. Mechanics applied to skeletal ontogeny and phylogeny // Meccanica. 2002. Vol. 37, no. 4. Pp. 317−334.
  92. Prendergast P. J., Checa S., Lacroix D. Computational models of tissue differentiation // Computational modeling in biomechanics. 2010. Pp. 353−372.
  93. Prendergast P. J., Huiskes R., S0balle K. Biophysical stimuli on cells during tissue differentiation at implant interfaces* 1 // Journal of Biomechanics. 1997. Vol. 30, no. 6. Pp. 539−548.
  94. Quinn T. M., Morel V., Meister J. J. Static compression of articular cartilage can reduce solute diffusivity and partitioning: implications for the chondrocyte biological response. // Journal of biomechanics. 2001. Vol. 34, no. 11. P. 1463.
  95. Ramanujan S., Pluen A., McKee T. D. et al. Diffusion and convection in collagen gels: implications for transport in the tumor interstitium // Biophysical journal. 2002. Vol. 83, no. 3. Pp. 1650−1660.
  96. Randolph G. J., Angeli V., Swartz M. A. Dendritic-cell trafficking to lymph nodes through lymphatic vessels // Nature Reviews Immunology. 2005. Vol. 5, no. 8. Pp. 617−628.
  97. Ratner B. D., Bryant S. J. Biomaterials: where we have been and where we are going. Annual Reviews, 2004.
  98. Roberts W. W., Kramer O., Rosser R. W. et al. Rheology of fibrin clots. I.: Dynamic viscoelastic properties and fluid permeation // Biophysical chemistry. 1974. Vol. 1, no. 3. Pp. 152−160.
  99. Rutkowski J. M., Swartz M. A. A driving force for change: interstitial flow as a morphoregulator // Trends in cell biology. 2007. Vol. 17, no. 1. Pp. 44−50.
  100. Ryan E. A., Mockros L. F., Weisel J. W., Lorand L. Structural origins of fibrin clot rheology // Biophysical journal. 1999. Vol. 77, no. 5. Pp. 2813−2826.
  101. Sah R. L. Y., Kim Y. J., Doong J. Y. H. et al. Biosynthetic response of cartilage explants to dynamic compression // Journal of orthopaedic research. 1989. Vol. 7, no. 5. Pp. 619−636.
  102. Sakharov D. V., Nagelkerke J. F., Rijken D. C. Rearrangements of the fibrin network and spatial distribution of fibrinolytic components during plasma clot lysis // Journal of Biological Chemistry. 1996. Vol. 271, no. 4. P. 2133.
  103. Sakharov D. V., Rijken D. C. Superficial accumulation of plasminogen during plasma clot lysis // Circulation. 1995. Vol. 92, no. 7. P. 1883.
  104. Schneck D. J., Bronzino J. D. Biomechanics: principles and applications. CRC Press LLC, 2003.
  105. Sengers B. G., Oomens C. W. J., Baaijens F. P. T. An integrated finite-element approach to mechanics, transport and biosynthesis in tissue engineering // Journal of biomechanical engineering. 2004. Vol. 126. P. 82.
  106. Setton L. A., Zhu W., Mow V. C. The biphasic poroviscoelastic behavior of articular cartilage: role of the surface zone in governing the compressive behavior // Journal of biomechanics. 1993. Vol. 26, no. 4−5. Pp. 581−592.
  107. Shields J. D., Fleury M. E., Yong C. et al. Autologous chemotaxis as a mechanism of tumor cell homing to lymphatics via interstitial flow and autocrine CCR7 signaling // Cancer Cell. 2007. Vol. 11, no. 6. Pp. 526−538.
  108. Soltz M. A., Ateshian G. A. A conewise linear elasticity mixture model for the analysis of tension-compression nonlinearity in articular cartilage // Journal of biomechanical engineering. 2000. Vol. 122. P. 576.
  109. Soltz M. A., Ateshian G. A. Interstitial fluid pressurization during confined compression cyclical loading of articular cartilage // Annals of Biomedical Engineering. 2000. Vol. 28, no. 2. Pp. 150−159.
  110. Suh J. K., Li Z., Woo S. L. Y. Dynamic behavior of a biphasic cartilage model under cyclic compressive loading // Journal of biomechanics. 1995. Vol. 28, no. 4. Pp. 357−364.
  111. Swartz M. A., Fleury M. E. Interstitial flow and its effects in soft tissues // Biomedical Engineering. 2007. Vol. 9, no. 1. P. 229.
  112. Swartz M. A., Kaipainen A., Netti P. A. et al. Mechanics of interstitial-lymphatic fluid transport: theoretical foundation and experimental validation // Journal of biomechanics. 1999. Vol. 32, no. 12. Pp. 12 971 307.
  113. Swartz M. A., Tschumperlin D. J., Kamm R. D., Drazen J. M. Mechanical stress is communicated between different cell types to elicit matrix remodeling // Science’s STKE. 2001. Vol. 98, no. 11. P. 6180.
  114. Tschumperlin D. J., Dai G., Maly I. V. et al. Mechanotransduction through growth-factor shedding into the extracellular space // Nature. 2004. Vol. 429, no. 6987. Pp. 83−86.
  115. Urciuolo F., Imparato G., Netti P. A. Effect of dynamic loading on solute transport in soft gels implication for drug delivery // AIChE Journal. 2008. Vol. 54, no. 3. Pp. 824−834.
  116. Vogel V., Sheetz M. Local force and geometry sensing regulate cell functions // Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2006. Vol. 7, no. 4. Pp. 265−275.
  117. Waigh T. A. Applied biophysics: a molecular approach for physical scientists. Wiley-Interscience, 2007.
  118. Wallace D. G., Rosenblatt J. Collagen gel systems for sustained delivery and tissue engineering // Advanced drug delivery reviews. 2003. Vol. 55, no. 12. Pp. 1631−1649.
  119. Wang L., Cowin S. C., Weinbaum S., Fritton S. P. Modeling Tracer Transport in an Osteon under Cyclic Loading // Annals of Biomedical Engineering. 2000. Vol. 28. Pp. 1200−1209. 10.1114/1.1 317 531.
  120. Wang L., Cowin S. C., Weinbaum S., Fritton S. P. In response to «Mixing mechanisms and net solute transport in bone» by M. L. Knothe Tate // Annals of Biomedical Engineering. 2001. Vol. 29, no. 9. Pp. 812−816.
  121. Weisel J. Structure of fibrin: impact on clot stability // Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2007. Vol. 5. Pp. 116−124.
  122. Weisel J. W. The mechanical properties of fibrin for basic scientists and clinicians // Biophysical chemistry. 2004. Vol. 112, no. 2−3. Pp. 267 276.
  123. Williams R. M., Zipfel W. R., Tinsley M. L., Farnum C. E. Solute transport in growth plate cartilage: in vitro and in vivo // Biophysical journal. 2007. Vol. 93, no. 3. Pp. 1039−1050.
  124. Wilson W., Van Donkelaar C. C., Van Rietbergen R., Huiskes R. The role of computational models in the search for the mechanical behavior and damage mechanisms of articular cartilage // Medical engineering & physics. 2005. Vol. 27, no. 10. Pp. 810−826.
  125. Yang Z., Smolinski P. Dynamic finite element modeling of poroviscoelastic soft tissue // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2006. Vol. 9, no. 1. Pp. 7−16.
  126. Yao H., Gu W. Y. Physical signals and solute transport in cartilage under dynamic unconfined compression: finite element analysis // Annals of Biomedical Engineering. 2004. Vol. 32, no. 3. P. 380.
  127. Yao H., Gu W. Y. Physical signals and solute transport in human intervertebral disc during compressive stress relaxation: 3D finite element analysis // Biorheology. 2006. Vol. 43, no. 3. Pp. 323−335.
  128. Yao H., Gu W. Y. Convection and diffusion in charged hydrated soft tissues: a mixture theory approach // Biomechanics and modeling in mechanobiology. 2007. Vol. 6, no. 1. Pp. 63−72.
  129. Zhang L., Gardiner B. S., Smith D. W. et al. The effect of cyclic deformation and solute binding on solute transport in cartilage // Archives of biochemistry and biophysics. 2007. Vol. 457, no. 1. Pp. 4756.
  130. Zhang L., Szeri A. Z. Transport of neutral solute in articular cartilage: effects of loading and particle size // Proceedings of the Royal Society A. 2005. Vol. 461, no. 2059. P. 2021.
  131. Zhang L., Szeri A. Z. Transportation of neutral solute in deformable, anisotropic, soft tissue // Computers & Mathematics with Applications. 2007. Vol. 53, no. 2. Pp. 232−243.
  132. Zhang L., Szeri A. Z. Transport of neutral solute in articular cartilage: effect of microstructure anisotropy. // Journal of biomechanics. 2008. Vol. 41, no. 2. P. 430.1. Благодарности
Заполнить форму текущей работой

Сдать сессию!