17443

17443

شبيه سازي عددي جداسازي CTCها به روش هيدروديناميكي-داي الكتروفورسيس به صورت دو بعدي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي (بيومكانيك)

خرداد ماه 1396

دكتر مهدي نويدبخش

دكتر ساسان آسيايي

مكانيك

امروزه شيوع بيماري سرطان در دنيا رشد چشمگيري داشته و از عوامل اصلي مرگ‌و‌مير به‌شمار مي‌رود. در اين حوزه، سلول‌هاي سرطاني معلق در خون (CTCها) اهميت قابل توجهي در خصوص تشخيص سرطان در مراحل اوليه دارند. علاوه بر قدرت پيش‌بيني، CTCها مي‌توانند به‌عنوان "بافت برداري مايع" به‌عنوان ابزاري براي تحت نظر گرفتن بيمار پس از تشخيص بيماري، شناسايي مولكولي و نيز تجويز مؤثرترين رويكرد درماني بكار روند. به عبارتي CTCها به‌عنوان ابزاري مطالعاتي براي غلبه بر سرطان مطرح هستند. در چندين سال اخير بسياري از توجهات به ارائه روش‌هاي جداسازي CTCها معطوف شده است. تاكنون مكانيزم‌هاي گوناگوني در مقياس‌هاي مختلف به‌منظور به‌دام‌اندازي CTCها ارائه شده است. از آنجايي كه تكنولوژي ميكروسيالات قادر به انجام جداسازي با دقت بالا هستند، به‌عنوان ابزاري كارآمد بدين منظور مطرح هستند. هريك از روش‌هاي ميكروسيالي به‌دام‌اندازي CTCها، با توجه به مزايا و معايبي كه دارند، تنها براي اهداف خاصي مناسب مي‌باشند و كارايي عام ندارند. از اين رو لازم است تا روش‌هاي نويني، به‌منظور بهينه‌سازي پارامترهاي جداسازي ارائه شود. روش‌هاي ارائه شده براي جداسازي CTCها بايستي داراي بازدهي، خلوص و نيز دبي جريان متناسب با نيازها در كاربردهاي باليني باشند. از همين رو، روش‌هاي به‌دام‌اندازي بايد بيشترين ميزان جذب را داشته باشند تا قادر به به‌دام‌اندازي يك سلول در ميان تعداد زيادي سلول باشند، و از سوي ديگر بايستي ارائه دهنده‌ي خلوص بالا باشند تا نمونه خوني به‌طور مناسبي از سلول‌هاي غيرهدف پالايش شود. علاوه‌بر اين‌ها، روش‌هاي موردنظر بايستي دبي جريان بالايي داشته باشند تا قادر به پردازش محفظه‌هاي كلاسيك نمونه‌هاي خوني، در چارچوب زماني كوتاهي باشند. در ميان روش‌هاي ارائه شده، روش هيدروديناميكي داراي دبي و كارايي به‌دام‌اندازي بالايي است و از سوي ديگر روش داي‌الكتروفورسيس ارائه‌دهنده‌ي خلوص مناسبي مي‌باشد. لازم به ذكر است كه يكي از چالش‌هاي مطرح در جداسازي با استفاده از روش هيدروديناميكي، هم‌پوشاني اندازه‌اي بين CTCها و WBCها مي‌باشد كه منجر به كاهش بازده جداسازي مي‌شود. در اين پژوهش، با استفاده از ابزار شبيه‌سازي، با تلفيق اين دو روش پارامترهاي جداسازي را بهينه نموده و در نهايت توانستيم با غلبه بر چالش همپوشاني اندازه‌اي ذرات، به جداسازي با بازدهي 90.89% و خلوص 82.56% در دبي μl/h 50 دست يابيم.

1396/03/20

1/1/1900 12:00:00 AM

Nowadays, the spread of cancer has grown dramatically and it is one of the leading causes of death worldwide. In this area, Circulation tumor cells (CTCs) has a considerable importance in the early-stage diagnosis of cancer. In addition, CTCs could be classified as "liquid biopsy" as a tool to monitor the patient after diagnosis, molecular identification and prescribing the most effective therapeutic approach. In other words, CTCs in introduced as a research tool to overcome cancer. In recent years, a lot of attention has been paid to provide CTC separation methods. So far, various mechanisms at different scales is provided for CTC isolation. Since microfluidic technology are capable of performing separation with high precision, considered as an efficient tool for this purpose. Considering the advantages and disadvantages of each of the CTC separation methods, each of them are only suitable for a specific purpose and not for a general performance. Therefore, it is a necessity to provide new approaches for optimizing separation parameters. CTC separation methods should have a proper efficiency, purity and flow rate to be appropriate for clinical applications; therefore, separation methods must have a high efficiency to be able to isolate a cell among the large number of cells. On the other hand, they must have a high purity to properly refine a blood sample from inappropriate cells. In addition, these methods should be required to have a high flow rate to be able to process classical containares of blood samples in a short time. Among the proposed methods, hydrodynamics approach provides a high separation efficiency and flow rate, and dielectrophoresis approach provides a suitable purity. It should be noted that size overlap between the CTCs and the WBCs is one of the challenges in the hydrodynamic separation method which leads to reduced separation efficiency. In this study, by using simulation tools and combining these two approaches, separation parameters were optimized and the particle size overlap challenge successfully managed. Furthermore, particles were separated with 90.89% efficiency and 82.56% purity at a 50 μl/h flow rate.