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一、為什么要流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)?
1. 流體剪切力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)背景
液體是所有生物的重要組成部分。許多細(xì)胞類(lèi)型被運(yùn)動(dòng)的液體所包圍。例如:
* 形成血管內(nèi)層的血管內(nèi)皮細(xì)胞,
* 形成淋巴管內(nèi)層的淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞,
* 腎和肺的上皮細(xì)胞。
這種液體流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力,這是一種以多種方式影響細(xì)胞形態(tài)和行為的機(jī)械力。在許多標(biāo)準(zhǔn)中體外實(shí)驗(yàn)中,細(xì)胞是在無(wú)流培養(yǎng)的。在這些靜態(tài)條件下,不能考慮剪切應(yīng)力相關(guān)的細(xì)胞變化。相比之下,在流動(dòng)條件下的體外細(xì)胞培養(yǎng)模擬了這種機(jī)械刺激,并誘導(dǎo)了一種更生理的、類(lèi)似于體內(nèi)的行為。當(dāng)使用生物流體系統(tǒng)中的細(xì)胞(如內(nèi)皮細(xì)胞或上皮細(xì)胞)時(shí),在流動(dòng)條件下工作尤其重要?! ?/p>
血管中的內(nèi)皮細(xì)胞(上)處于持續(xù)流動(dòng)狀態(tài)。使用流動(dòng)下的體外細(xì)胞培養(yǎng)(下),可以模擬這些生理?xiàng)l件。
2、流動(dòng)/剪切應(yīng)力對(duì)細(xì)胞的影響
剪切應(yīng)力是由液體對(duì)頂端細(xì)胞膜的摩擦引起的機(jī)械力。在體內(nèi),一些貼壁細(xì)胞類(lèi)型暴露于生物流體系統(tǒng)中的機(jī)械剪切應(yīng)力,如血液和淋巴管或腎單位。這種機(jī)械刺激對(duì)細(xì)胞的生理行為和粘附特性有很大的影響。細(xì)胞通過(guò)改變離子通道激活、基因表達(dá)和整個(gè)細(xì)胞層的重組來(lái)對(duì)剪切力做出反應(yīng)。
剪切應(yīng)力的測(cè)量單位是達(dá)因/平方厘米(dyn/cm2)。生理剪切應(yīng)力值的范圍從0.5到120 dyn/cm,且取決于血管類(lèi)型(例如,動(dòng)脈或靜脈)、組織(例如,腦、結(jié)締組織或心臟)和生物體的大小(例如,小鼠、大鼠或人類(lèi))?! ?/p>
人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)流動(dòng)條件(20 dyn/cm2)下,在µ-Slide I?0.4Luer中培養(yǎng)超過(guò)9天。原代細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)前24小時(shí)用腺病毒LifeAct載體轉(zhuǎn)導(dǎo)?! ?/p>
二、不同類(lèi)型的流動(dòng)簡(jiǎn)要介紹
在不同的組織和環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)幾種具有特定特征的流體類(lèi)型。基本上,流動(dòng)類(lèi)型可細(xì)分為層流和湍流:
1.層流
層流被定義為沒(méi)有湍流的液體運(yùn)動(dòng)。 流體在平行的層中流動(dòng),它們之間沒(méi)有中斷。 層流可以細(xì)分為以下幾種:
•單向?qū)恿?/p>
•脈動(dòng)層流
•振蕩層流
層流剖面圖。箭頭代表速度的分布
1)單向?qū)恿?/strong>
在大多數(shù)小的健康生物血管中,例如小動(dòng)脈和靜脈中會(huì)遇到單向?qū)恿鳌?在體內(nèi)某些細(xì)胞,例如內(nèi)皮細(xì)胞和腎上皮細(xì)胞,經(jīng)常暴露于流動(dòng)中。
在實(shí)驗(yàn)上,通過(guò)在低壁通道中灌注介質(zhì),并通過(guò)保持流動(dòng)方向和速度隨時(shí)間恒定來(lái)實(shí)現(xiàn)單向?qū)恿鳌!?/p>