一、為什么要流動狀態(tài)下進行細胞培養(yǎng)？

　　

　　1. 流體剪切力系統(tǒng)實驗背景

　　

　　液體是所有生物的重要組成部分。許多細胞類型被運動的液體所包圍。例如:

　　

　　* 形成血管內層的血管內皮細胞，

　　

　　* 形成淋巴管內層的淋巴管內皮細胞，

　　

　　* 腎和肺的上皮細胞。

　　

　　這種液體流動會產(chǎn)生剪切應力，這是一種以多種方式影響細胞形態(tài)和行為的機械力。在許多標準中體外實驗中，細胞是在無流培養(yǎng)的。在這些靜態(tài)條件下，不能考慮剪切應力相關的細胞變化。相比之下，在流動條件下的體外細胞培養(yǎng)模擬了這種機械刺激，并誘導了一種更生理的、類似于體內的行為。當使用生物流體系統(tǒng)中的細胞(如內皮細胞或上皮細胞)時，在流動條件下工作尤其重要。

　　

 

 

　　

　　血管中的內皮細胞(上)處于持續(xù)流動狀態(tài)。使用流動下的體外細胞培養(yǎng)（下），可以模擬這些生理條件。

　　

　　2、流動/剪切應力對細胞的影響

　　

　　剪切應力是由液體對頂端細胞膜的摩擦引起的機械力。在體內，一些貼壁細胞類型暴露于生物流體系統(tǒng)中的機械剪切應力，如血液和淋巴管或腎單位。這種機械刺激對細胞的生理行為和粘附特性有很大的影響。細胞通過改變離子通道激活、基因表達和整個細胞層的重組來對剪切力做出反應。

　　

　　剪切應力的測量單位是達因/平方厘米(dyn/cm^₂)。生理剪切應力值的范圍從0.5到120 dyn/cm，且取決于血管類型(例如，動脈或靜脈)、組織(例如，腦、結締組織或心臟)和生物體的大小(例如，小鼠、大鼠或人類)。

　　

　　

　　人臍靜脈內皮細胞(HUVEC)流動條件(20 dyn/cm^_²)下，在µ-Slide I ^0.4Luer中培養(yǎng)超過9天。原代細胞在實驗前24小時用腺病毒LifeAct載體轉導。

　　

　　

　　二、不同類型的流動簡要介紹

　　

　　在不同的組織和環(huán)境中會出現(xiàn)幾種具有特定特征的流體類型。基本上，流動類型可細分為層流和湍流:

　　1.層流

　　

　　層流被定義為沒有湍流的液體運動。 流體在平行的層中流動，它們之間沒有中斷。 層流可以細分為以下幾種：

　　

　　•單向層流

　　

　　•脈動層流

　　

　　•振蕩層流

　　

　　

　　層流剖面圖。箭頭代表速度的分布。

　　

　　1）單向層流

　　

　　在大多數(shù)小的健康生物血管中，例如小動脈和靜脈中會遇到單向層流。 在體內某些細胞，例如內皮細胞和腎上皮細胞，經(jīng)常暴露于流動中。

　　

　　在實驗上，通過在低壁通道中灌注介質，并通過保持流動方向和速度隨時間恒定來實現(xiàn)單向層流。

　　

　　

　　ibidi的解決方案

　　

　　● ibidi泵系統(tǒng)非常適合創(chuàng)建單向層流。

　　

　　● 推薦使用ibidi µ-Slide I Luer Family 和 µ-Slide VI ^0.4 通道載玻片，使用這些通道載玻片，均勻的層流剪切應力覆蓋了整個通道區(qū)域，除了通道壁兩側和儲液池附近的薄帶。這些區(qū)域的寬度與通道的高度成比例。

　　

　　

　　非均勻層流

　　

　　單向層流也可能以不均勻的模式出現(xiàn)。在這種情況下，流動方向是恒定的，而流動速率在空間上橫跨細胞層變化。在體內，不均勻的層流發(fā)生在血管分支部位。 在實驗上，非均勻層流剪切應力可以通過特殊的通道幾何形狀來實現(xiàn)，其在通道內的特定位置處產(chǎn)生流速變化。使用這種實驗裝置，可以用單個樣品研究細胞上的不同剪切應力。這是研究不同剪應力影響的有效方法。

　　

　　ibidi的解決方案

　　

　　ibidi µ-Slide y-shaped 是為研究使用ibidi泵系統(tǒng)的非均勻流動而設計的。在流動條件下，剪切應力水平取決于通道上的區(qū)域：在分支區(qū)域，普遍的剪切應力大約是單個直通道區(qū)域的一半。

　　

　　請注意：實驗上不可能在 µ-Slide y-shaped 中研究湍流。

　　

　　

　　2）脈動層流

　　

　　由于心跳引起的波動，在大動脈血管中會遇到脈動層流。在實驗上，這種類型的流動可以通過采用具有周期性變化流速的流動來模擬，同時保持流動方向恒定。

　　

　　

　　ibidi的解決方案

　　

　　● ibidi泵系統(tǒng)理想地適用于產(chǎn)生脈動層流。

　　

　　● ibidi µ-Slide I Luer Family和µ-Slide VI ^0.4 通道載玻片可用于脈動層流實驗。

　　

　　

　　3）振蕩層流

　　

　　振蕩層流被認為是使用流室模擬湍流的一種方法。雖然流動是層流，但沒有主方向，因為流動方向是定期改變的(例如，每0.5秒)。此外，在閥門切換期間，流量保持恒定。

　　

　　

　　參考文獻：

　　

　　A. Sabine, et al. FOXC2 and fluid shear stress stabilize postnatal lymphatic vasculature, The Journal of Clinical Investigation, 2015, 10.1172/JCI80454

　　

　　ibidi的解決方案

　　

　　● ibidi泵系統(tǒng)非常適合創(chuàng)建振蕩流動條件。

　　

　　● ibidi µ-Slide I Luer Family 和 µ-Slide VI ^0.4 通道載玻片可用于振蕩層流實驗。

　　

　　2.湍流

　　

　　湍流的特點是流速和方向隨時間發(fā)生不可預測的變化。在體內，湍流是罕見的，只能在病理生理過程中發(fā)現(xiàn)。

　　

　　

　　湍流剖面圖。箭頭表示速度分布。

　　

　　參考文獻：

　　

　　T. Hosoya, et al. Differential Responses of the Nrf2-Keap1 System to Laminar and Oscillatory Shear Stresses in Endothelial Cells. J Biol Chem, 2005, 10.1074/jbc.M502551200

　　

　　ibidi的解決方案

　　

　　由于物理原因，在使用生理流動狀態(tài)的ibidi流動室中無法實現(xiàn)湍流。當使用流動室時，振蕩層流被認為是模擬湍流的一種方法，可使用ibidi泵系統(tǒng)創(chuàng)建。