可扭转骨支架提高物质传输效率及细胞剪切应力响应水平的数值研究

目的骨支架内部营养物质的提供与废物的排出对骨组织再生至关重要,细胞受到的流体剪切应力被认为是重要的机械调控信号。扭转结构元素存在于天然骨骼的多个分级结构中,搅拌是日常生活中加速流体中物质均匀的常用手段。受此启发,本研究将扭转效应融入支架构型设计,提出了一种可扭转的骨支架结构构型,并进一步研究其在生理荷载作用下的物质传输行为和流体剪切应力水平。方法采用数值分析的手段,对支架施加循环荷载以模拟所受到的生理振荡荷载,对支架结构及周围流体进行流固耦合分析,并评估可扭转支架内部的物质传输效率及壁面剪切应力水平。结果研究结果显示,无论是物质传输能力,还是细胞剪切应力响应水平,扭转支架均相对传统支架展示出优越性;对荷载作用下支架-流体的流固耦合效应的考虑能够更为真实反映支架微环境,更为真实探讨支架的成骨效应。结论将扭转效应融入新型支架构型设计及优化,具备辅助提高成骨效率的潜力;结合数值分析,有助于开发新型的可加载器官芯片模型。