流體剪切力下細(xì)胞培養(yǎng)概述詳解
1. 流體剪切力實(shí)驗(yàn)背景
液體是所有生物的重要組成部分。許多細(xì)胞類型被運(yùn)動的液體所包圍。例如:
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形成血管內(nèi)層的血管內(nèi)皮細(xì)胞，
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形成淋巴管內(nèi)層的淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，
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腎和肺的上皮細(xì)胞。
這種液體流動會產(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，在流動條件下工作尤其重要。
血管中的內(nèi)皮細(xì)胞(上)處于持續(xù)流動狀態(tài)。使用流動下的體外細(xì)胞培養(yǎng)（下），可以模擬這些生理?xiàng)l件。
2,流動/剪切應(yīng)力對細(xì)胞的影響
剪切應(yīng)力是由液體對頂端細(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)械刺激對細(xì)胞的生理行為和粘附特性有很大的影響。細(xì)胞通過改變離子通道激活、基因表達(dá)和整個細(xì)胞層的重組來對剪切力做出反應(yīng)。
剪切應(yīng)力的測量單位是達(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，且取決于血管類型(例如，動脈或靜脈)、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)。
人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)流動條件(20 dyn/cm²)下，在µ-Slide I 0.4Luer中培養(yǎng)超過9天。原代細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)前24小時用腺病毒LifeAct載體轉(zhuǎn)導(dǎo)。
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)幾種具有明確特征的血流類型�；旧�，流動類型可以細(xì)分為層流和湍流：
層流
層流被定義為沒有湍流的液體運(yùn)動。流體在平行層中流動，它們之間沒有中斷。層流可細(xì)分為以下幾種：
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單向?qū)恿?/span>
-
脈動層流
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振蕩層流
層流剖面。箭頭代表速度的分布。
單向?qū)恿?/strong>
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?qū)恿鳌Ｔ隗w內(nèi)某些細(xì)胞，例如內(nèi)皮細(xì)胞和腎上皮細(xì)胞，經(jīng)常暴露于流動中。
在實(shí)驗(yàn)上，通過在低壁通道中灌注介質(zhì)，并通過保持流動方向和速度隨時間恒定來實(shí)現(xiàn)單向?qū)恿鳌?/span>
ibidi的解決方案
● ibidi泵系統(tǒng)/流體剪切力系統(tǒng)非常適合創(chuàng)建單向?qū)恿鳌?/span>
● 推薦使用ibidi µ-Slide I Luer Family 和 µ-Slide VI0.4 通道載玻片，使用這些通道載玻片，均勻的層流剪切應(yīng)力覆蓋了整個通道區(qū)域，除了通道壁兩側(cè)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?qū)恿?/strong>
單向?qū)恿饕部赡芤圆痪鶆虻哪Ｊ匠霈F(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(xì)胞層變化。在體內(nèi)，不均勻的層流發(fā)生在血管分支部位。在實(shí)驗(yàn)上，非均勻?qū)恿骷羟袘?yīng)力可以通過特殊的通道幾何形狀來實(shí)現(xiàn)，其在通道內(nèi)的特定位置處產(chǎn)生流速變化。使用這種實(shí)驗(yàn)裝置，可以用單個樣品研究細(xì)胞上的不同剪切應(yīng)力。這是研究不同剪應(yīng)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)/流體剪切力系統(tǒng)的非均勻流動而設(shè)計(jì)的。在流動條件下，剪切應(yīng)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(yīng)力大約是單個直通道區(qū)域的一半。
請注意：實(shí)驗(yàn)上不可能在 µ-Slide y-shaped 中研究湍流。
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(shí)驗(yàn)上，可以通過使用具有周期性變化的流速同時保持流向恒定的流來模擬這種類型的流。
ibidi的解決方案
● ibidi泵系統(tǒng)/流體剪切力系統(tǒng)理想地適用于產(chǎn)生脈動層流。
● ibidi µ-Slide I Luer Family和µ-Slide VI0.4 通道載玻片可用于脈動層流實(shí)驗(yàn)。
振蕩層流
振蕩層流被認(rèn)為是使用流動室時模擬湍流的一種方式。雖然流動是層流，但沒有主要方向，因?yàn)榱鲃臃较驎ㄆ冢ɡ�，�?0.5 秒）改變一次。此外，在閥門切換期間，流量保持恒定。
參考文獻(xiàn)：
A. Sabine, et al. FOXC2 and fluid shear stress stabilize postnatal lymphatic vasculature, The Journal of Clinical Investigation, 2015, 10.1172/JCI80454ibidi的解決方案
● ibidi泵系統(tǒng)/流體剪切力系統(tǒng)非常適合創(chuàng)建振蕩流動條件。
● ibidi µ-Slide I Luer Family 和 µ-Slide VI0.4 通道載玻片可用于振蕩層流實(shí)驗(yàn)。
湍流
湍流的特點(diǎn)是流速和方向隨時間發(fā)生不可預(yù)測的變化。在體內(nèi)，湍流是罕見的，只能在病理生理過程中發(fā)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
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(shí)現(xiàn)湍流。當(dāng)使用流動室時，振蕩層流被認(rèn)為是模擬湍流的一種方法，可使用ibidi泵系統(tǒng)/流體剪切力系統(tǒng)創(chuàng)建。
廣州科適特科學(xué)儀器有限公司是德國ibidi公司在中國區(qū)合作伙伴
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