A kollagén rost többszintű mechanikai modellezése
A kollagén molekula az állatvilágban előforduló fehérjék mintegy 25%-át adja, a többsejtű élőlények sejtközti mátrixának a fő alkotója. Típustól függően előfordulhatnak kötő- és támasztószövetekben, mint csont, ín, szalag, érfal, stb., mechanikai stabilitást, rugalmasságot és szilárdságot biztosítva. Gyakoriságuk miatt már régóta állnak a kutatók érdeklődésének középpontjában, de ennek ellenére sem sikerült teljesen megérteni a mechanikai tulajdonságok és molekuláris felépítés közötti kapcsolatot, elsősorban a bonyolult hierarchikus felépítés miatt. Különösen keveset tudunk a makroszkopikusnál (ín/rost) kisebb szinten (rostszálak, molekulák) végbemenő folyamatokról, pedig ezek is fontosak az anyag viselkedésének a megértéséhez. A dolgozatom célja egy I-es típusú kollagén rost, valamint rostszál mechanikai modellezése és szimulációja végeselem program segítségéve, amelyet az eddig megjelent irodalom áttekintésével, és a tanulságok levonásával kezdtem.
A dolgozat egy nagyobb ívű kutatás első lépése, melyben a mezo-, és mikroszinten modellezzem a kollagént. Vizsgálataim később laboratóriumi mérésekkel fog kiegészülni, melyek segítségével az inak makroszintű tulajdonságait határozom meg, segítségükkel a szöveteket felépítő rostok szimulációjának eredményét fogom validálni, valamint molekuláris szintig kiterjesztem a modellt. Első lépésként egy rostot modelleztem, amit az irodalom alapján egy 1 mikrométer sugarú, és 10 mikrométer magasságú hengerrel ábrázoltam, ezen belül egymással összeérő voronoi cellákat definiálva, melyek a rostszálakat jelképezik. Egy ilyen fibrilt vizsgálok a második modellem segítségével. A fibril felépítésében a hagsúly a molekulák elhelyezkedésén, valamint a köztük létrejövő kötések tulajdonságain volt. Az irodalomban található geometriai [1.] és elméleti [2.][3.] modellek a molekula elrendeződést leegszerűsített formában tartalmazzák, annak pontos leírásásra és végeselemes szimulációkra nem alkalmasak. A modellek összehangolásával sikerült egy pontosabb ábrázolást megvalósítani. A geometriák megalkotása után az anyag és az elemek közötti kapcsolat paramétereit kiválasztom, majd ezeket az irodalomban talált görbék és anyagi tulajdonságok segítségével pontosítom.
Összegezve tehát a dologzatomban sikeresen megalkottam egy eddiginél pontosabb geometriával rendelkező rost és rostszál modellt, melynek eredményet további kutatásokban is tudom használni.
Irodalom:
1. Gautieri, A. Et al.: Viscoelastic properties of model segments of collagen molecules. Journal of the International Society for Matrix Biology, vol. 31, no. 2, p. 141-149 (2012)
2. Eyre, DR. Et al.: Advances in collagen cross-link analysis, Methods, vol. 45, p. 65-74 (2008)
3. Veres, SP., Designed to Fail: A Novel Mode of Collagen Fibril Disruption and Its Relevance to Tissue Toghness, Journal of Biophysics, vol. 102, p. 2876-84, (2012)
szerző
-
Czétényi András
Mechatronikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Lakatos Éva
adjunktus, Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék -
Dr. Tóth Brigitta Krisztina
egyetemi docens, Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék -
Dr. Kiss Rita
egyetemi tanár, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék
