流體剪切力下細(xì)胞培養(yǎng)概述詳解
瀏覽次數(shù):544 發(fā)布日期:2023-3-22
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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:
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。
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))。
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)。
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)幾種具有明確特征的血流類(lèi)型;旧希鲃(dòng)類(lèi)型可以細(xì)分為層流和湍流:
層流
層流被定義為沒(méi)有湍流的液體運(yùn)動(dòng)。流體在平行層中流動(dòng),它們之間沒(méi)有中斷。層流可細(xì)分為以下幾種:
-
單向?qū)恿?/span>
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脈動(dòng)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(dòng)脈和靜脈中會(huì)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(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?/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(gè)通道區(qū)域,除了通道壁兩側(cè)和儲(chǔ)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(dòng)方向是恒定的,而流動(dòng)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(guò)特殊的通道幾何形狀來(lái)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(gè)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(dòng)而設(shè)計(jì)的。在流動(dòng)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(gè)直通道區(qū)域的一半。
請(qǐng)注意:實(shí)驗(yàn)上不可能在 µ-Slide y-shaped 中研究湍流。
脈動(dòng)層流
由于心跳引起的波動(dòng),在大動(dòng)脈血管中會(huì)遇到脈動(dòng)層流。在實(shí)驗(yàn)上,可以通過(guò)使用具有周期性變化的流速同時(shí)保持流向恒定的流來(lái)模擬這種類(lèi)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(dòng)層流。
● ibidi µ-Slide I Luer Family和µ-Slide VI0.4 通道載玻片可用于脈動(dòng)層流實(shí)驗(yàn)。
振蕩層流
振蕩層流被認(rèn)為是使用流動(dòng)室時(shí)模擬湍流的一種方式。雖然流動(dòng)是層流,但沒(méi)有主要方向,因?yàn)榱鲃?dòng)方向會(huì)定期(例如,每 0.5 秒)改變一次。此外,在閥門(mén)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/JCI80454
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)建振蕩流動(dòng)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(shí)間發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化。在體內(nèi),湍流是罕見(jiàn)的,只能在病理生理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)。
湍流剖面。箭頭代表速度的分布。
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(dòng)狀態(tài)的ibidi流動(dòng)室中無(wú)法實(shí)現(xiàn)湍流。當(dāng)使用流動(dòng)室時(shí),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。
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