سلول‏هاي بدن در اثر ساختار آناتومي وعملكرد بافت‏هاي گوناگون همواره در معرض نيرو‏هاي مكانيكي قراردارند. اين نيروها در آرايش سلول‏ها و فنوتيپ آن‏ها تاثيرگذار هستند. سلول‏ها در اثر اين نيرو‏هاي مكانيكي تغيير مورفولوژي مي‏دهند و اين تغيير ريخت، در رشد، تمايز، جابه جايي و مرگ برنامه ريزي شده سلول تاثير مي‏گذارد. همچنين تنش‏هاي مكانيكي مسير‏هاي سيگنالي درون سلولي را فعال مي‏كنند و باعث بيان برخي از ژن‏ها مي‏شوند. شواهدي وجود دارد مبني بر اينكه نيروهاي مكانيكي در تكوين و كنترل سرنوشت سلول‏هاي بنيادي نقش مهمي دارد. از اين عوامل مي‏توان در مهندسي بافت به منظور شبيه سازي فرآيند تمايز سلول‏هاي بنيادي در محيط InVitro بهره گرفت. تلاش براي درك پاسخ سلولي به محرك‏هاي مكانيكي بر اساس مطالعات آزمايشگاهي، تحت شرايط كنترل شده استوار است. در حوزه سلول‏هاي بنيادي اغلب مطالعات بر سلول‏هاي مزانشيمي متمركز شده‏است، زيرا اين سلول‏ها قادرند به بافت‏هايي تمايز ‏يابند كه معمولا تحت بارگذاري مكانيكي هستند. در مطالعات تجربي غالبا به بررسي تاثير تنش‏هاي كششي، فشاري، برشي و تاثير آن برتمايز سلول‏هاي مزانشيمي به رده‏هاي مختلف سلولي از جمله استخوان، غضروف و تاندون پرداخته شده است. اما اخيرا تاثير رژيم‏هاي ارتعاشي بر فيزيولوژي نوسازي استخوان حيوانات با استفاده از دستگاه‏هاي اعمال ارتعاش بر كل بدن حيوان بررسي گرديده است. در كنار مطالعات حيواني كه در اين راستا صورت گرفته است، در دهه گذشته تلاش‏هايي براي بررسي اثرات رژيم مورد بحث بر روي رفتار سلول‏ها انجام شده است. اين روش اخيرا بعنوان يكي از ساز و كارهاي تحريك مكانيكي سلول‏هاي مزانشيمي شناخته شده است. دستگاه اعمال ارتعاشات مكانيكي بر سلول‌هاي كشت داده شده به منظور بررسي تاثير اين نوع بارگذاري مكانيكي بر رفتار سلول‏ها طراحي و ساخته شده است. با استفاده از اين دستگاه، مي‏توان ارتعاشات مكانيكي عمودي را بصورت يكنواخت در بازه فركانسي 50 تا 350 هرتز در زمان تعيين شده به سلول‏ها اعمال نمود. اطلاعات ارتعاشات مكانيكي (شتاب ثبت شده با سرعت نمونه برداري 800 نمونه در هر ثانيه) به كمك نرم افزار كامپيوتري قابل ثبت مي‏باشد. با استفاده از ثبت اين داده¬ها و رسم نمودارهاي زماني و محتواي فركانسي سيگنال شتاب و دامنه ارتعاش، ميزان دامنه شتاب و ارتعاش در فركانس¬هاي مختلف تعريف شده توسط كاربر قابل مشاهده است. براي حفظ شرايط رشد سلولها، دستگاه به گونه اي طراحي شده است كه توانايي كار در شرايط داخل انكوباتور (دماي cº37، 5% CO2 و رطوبت بالا) را داشته باشد. به كمك اين دستگاه مي توان نحوه تمايز سلولهاي بنيادين به سلولهاي استخواني و غضروفي را بررسي نمود و اين دستگاه قابليت كاركرد در حوزه سلولهاي بنيادي و مهندسي بافت را دارا است.

سلول هاي سيستم قلبي- عروقي همواره تحت تاثير نيروهاي مكانيكي حاصل از جريان و موج فشار خون هستند. در نتيجه محيط مكانيكي اين سلول ها عبارتند از: تنش برشي حاصل از جريان خون، تنش محيطي ناشي از فشار ميانگين خون و كرنش سيكلي محيطي بر اثر پالس فشار خون. سلول ها با مكانيزم هاي انطباقي و بازسازي به بارهاي اعمالي پاسخ مي دهند. بررسي ها مبين تغييرات مورفولوژي، ساختار دروني، تكثير و تمايز سلول ها پس از اعمال بار هستند. امروزه استفاده از سلول هاي بنيادي با توجه به توانايي آنها در تمايز به رده هاي مختلف سلولي، در سلول درماني بافت هاي مختلف مطرح گرديده است. سوالات بسياري در ارتباط با سيگنال هاي ژنيتيكي و اپي ژنيتيكي تاثيرگذار بر فرايند تمايز سلول هاي بنيادي وجود دارد. تاثيرات ريز محيط ها، تحريكات بيومكانيكي و شرايط حاكم بر سلول ها، بر تزايد، تمايز و فنوتيپ آنها اثبات گشته است. به منظور شبيه سازي محيط مكانيكي حاكم بر سلول هاي سيستم قلبي- عروقي و تاثير اين نيروها بر تمايز سلول هاي بنيادي، بيوركتور اعمال موج فشار خون طراحي و ساخته گرديد. با استفاده از اين دستگاه مي توان موج فشار خون هاي متفاوتي را تعريف و سپس بر سلول هاي بنيادي كشت داده شده بر جدار داخلي تيوب سيليكني گريد پزشكي اعمال نمود. بدين وسيله تاثير پارامترهاي مكانيكي بارگذاري موج فشار (زمان، فركانس و شكل موج بارگذاري)، تنش برشي ناشي از جريان (شدت جريان) و كشش سيكلي محيطي ناشي از پالس فشار (ميزان كشش) را بر رفتار و تمايز سلول ها بررسي نمود. بيوركتور اعمال موج فشار خون داراي سه واحد اصلي «مكانيكي»، «الكتريكي» و «پنوماتيك» است. شكل موج، ميزان فشار (ميلي متر جيوه)، فركانس بارگذاري (هرتز) و شدت جريان (ميلي ليتر بر دقيقه) در حيطه پارامترهاي فيزيولوژيكي، با كمك نرم افزار كامپوتري تهيه شده، توسط كاربر قابل تنظيم هستند. سيستم پنوماتيكي، موج فشار كنترل شده اي را بر سيال داخل سيستم اعمال مي نمايد و اين موج فشار به سلولهاي كشت داده شده انتقال مي يابد. براي حفظ شرايط رشد سلول ها، دستگاه به گونه اي طراحي شده است كه توانايي كار در شرايط داخل انكوباتور (دماي cº37، 5% CO2 و رطوبت بالا) را داشته باشد. پاسخ سلول ها به نيروهاي مكانيكي و نحوه تمايز آنها به سلول هاي سيستم قلبي- عروقي و استفاده از اين سلول هاي مهندسي شده در مهندسي بافت از نتايج قابل بررسي كاركرد اين سيستم است.

بدن انسان محيط ديناميكي و پويايي است كه سلولها همواره تحت تاثير نيروهاي مكانيكي اين محيط قرار دارند. فراهم آوردن چنين محيط مكانيكي براي سلولهاي كشت داده شده در خارج بدن به منظور بررسي نحوه رشد، تمايز و عملكرد آنها ضروري است در سلولهاي بنيادين كه توانايي تمايز به رده هاي مختلف سلولي را دارند، اين تمايز تحت تاثير شرايط محيطي مي باشد. سلولهاي قلب انسان به علت عملكرد پمپاژ خون، تحت تاثير بارگذاري مكانيكي در راستاهاي مختلف هستند. در نتيجه براي شبيه سازي محيط مكانيكي سلولهاي قلبي ، مي بايد دستگاه اعمال كشش سيكلي چند محوره را طراحي نمود. در دستگاه حاضر ابتدا سلولها بر يك غشاء الاستيك مديكال گريد كشت داده مي شوند. پيرامون غشاء در داخل دستگاه ثابت گرديده و غشاء بر روي يك استوانه با حركت سيكلي قرار مي گيرد . حركت رفت و برگشتي كنترل شده استوانه باعث ايجاد كشش سيكلي در تمام جهات غشاء مي گردد. ميزان كشش فركانس و زمان بارگذاري قابل تغيير است. براي حفظ شرايط رشد سلولها، دستگاه به گونه اي طراحي شده است كه توانايي كار در شرايط داخل انكوباتور (دماي 37C و CO2%5 و رطوبت بالا) را داشته باشد. به كمك اين دستگاه مي توان نحوه تمايز سلولهاي بنيادين به سلولهاي عضله قلبي را بررسي نمود.

امروزه بيوراكتورها يكي از پا¬يه¬هاي اساسي مهندسي بافت، مطالعات سلولي، سلول درماني و داروسازي به حساب مي-آيند. طبق مطالعات اخير پارامتر¬هاي مكانيكي يكي از عوامل تعيين¬كننده¬ي رفتار سلول در محيط طبيعي بدن و محيط آزمايشگاه به حساب مي¬آيند. بنابراين دخالت دادن اين پارامتر مي¬تواند به توليد بافت¬هاي با عملكرد مطلوب كمك نمايد. استفاده از محرك¬هاي پنوماتيك يا هيدروليك براي ايجاد فشار هيدرواستاتيك، عدم برقراري جريان سيال در كنار فشار¬هاي هيدرواستاتيك بالا، عدم امكان دستيابي به فشار¬هاي بالا و عدم امكان مقايسه¬ي نتايج ميكروبيوراكتور¬ها و ماكروبيوراكتورها از جمله مشكلات اصلي بيوراكتورهاي موجود مي¬باشد. دستگاه بيوراكتور طراحي شده قادر است تنش هيدرواستاتيك و جريان محيط كشت را به صورت استاتيك، ديناميك و يا تركيبي از اين دو به سلول اعمال نمايد. داشتن جريان محيط كشت علاوه بر امكان ايجاد شرايط كشت جريان پيوسته امكان تنظيم تنش برشي ناشي از جريان سيال بر روي سلول¬ها را فراهم مي¬كند. اين دو بارگذاري به صورت مستقل كنترل شده و مي¬توانند به صورت همزمان به سلول¬ها اعمال شوند. نرم¬افزار دستگاه به گونه¬اي طراحي شده¬ است كه كليه¬ي پارامتر¬هاي بارگذاري دستگاه توسط كاربر قابل تنظيم مي¬باشند. محفظه¬ي كشت سلول قابل تعويض مي-باشد و امكان استفاده از محفظه¬هاي ميكروبيوراكتور و ماكروبيوراكتور در اين دستگاه وجود دارد.