Численное моделирование роста статической культуры клеток при десорбции факторов роста в порах биореактора

Рост клеточной культуры в пористых скаффолдах зависит от архитектуры пор и распределения факторов роста, включая их десорбцию их пористой матрицы. Математическое моделирование позволяет количественно оценивать влияние геометрии каналов и граничных условий на морфологические и механические характеристики клеточной куль-туры. Представлена математическая модель роста клеточной ткани в порах скаффолда различной геометрии с учетом десорбции факторов роста из стенок пористой матрицы. Рассмотрены три конфигурации каналов: прямой, синусообразный и градиентно-периодический. В основе модели лежит вершинная модель, позволяющая отслеживать морфометрические, механические и энергетические характеристики каждой клетки во времени. Проведен сравнительный анализ ключевых показателей: темпов роста ткани, среднего фактора формы клеток, нормированной средней площади клетки, потенциальной энергии и распределения максимальных касательных напряжений. Показано, что форма канала существенно влияет на экстремальные значения механических характеристик при сходных средних показателях. Синусообразная геометрия канала приводит к повышенным пиковым значениям энергии, а также более вытянутую морфологию клеток. Прямые каналы обеспечивают более высокие темпы роста на ранних этапах. Градиентно-периодическая форма канала демонстрирует промежуточные значения по темпам роста и ключевым показателям. Полученные выводы могут служить основой для оптимизации архитектуры пористых носителей в тканевой инженерии с целью управления механической нагрузкой и морфологией клеток. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать морфологические и механические отклики клеточной культуры при изменение геометрии пор, что расширяет возможности целенаправленного проектирования скаффолдов.