一、为什么要流动状态下进行细胞培养？

　　

　　1. 流体剪切力系统实验背景

　　

　　液体是所有生物的重要组成部分。许多细胞类型被运动的液体所包围。例如:

　　

　　* 形成血管内层的血管内皮细胞，

　　

　　* 形成淋巴管内层的淋巴管内皮细胞，

　　

　　* 肾和肺的上皮细胞。

　　

　　这种液体流动会产生剪切应力，这是一种以多种方式影响细胞形态和行为的机械力。在许多标准中体外实验中，细胞是在无流培养的。在这些静态条件下，不能考虑剪切应力相关的细胞变化。相比之下，在流动条件下的体外细胞培养模拟了这种机械刺激，并诱导了一种更生理的、类似于体内的行为。当使用生物流体系统中的细胞(如内皮细胞或上皮细胞)时，在流动条件下工作尤其重要。

　　

 

 

　　

　　血管中的内皮细胞(上)处于持续流动状态。使用流动下的体外细胞培养（下），可以模拟这些生理条件。

　　

　　2、流动/剪切应力对细胞的影响

　　

　　剪切应力是由液体对顶端细胞膜的摩擦引起的机械力。在体内，一些贴壁细胞类型暴露于生物流体系统中的机械剪切应力，如血液和淋巴管或肾单位。这种机械刺激对细胞的生理行为和粘附特性有很大的影响。细胞通过改变离子通道激活、基因表达和整个细胞层的重组来对剪切力做出反应。

　　

　　剪切应力的测量单位是达因/平方厘米(dyn/cm^₂)。生理剪切应力值的范围从0.5到120 dyn/cm，且取决于血管类型(例如，动脉或静脉)、组织(例如，脑、结缔组织或心脏)和生物体的大小(例如，小鼠、大鼠或人类)。

　　

　　

　　人脐静脉内皮细胞(HUVEC)流动条件(20 dyn/cm^_²)下，在µ-Slide I ^0.4Luer中培养超过9天。原代细胞在实验前24小时用腺病毒LifeAct载体转导。

　　

　　

　　二、不同类型的流动简要介绍

　　

　　在不同的组织和环境中会出现几种具有特定特征的流体类型。基本上，流动类型可细分为层流和湍流:

　　1.层流

　　

　　层流被定义为没有湍流的液体运动。 流体在平行的层中流动，它们之间没有中断。 层流可以细分为以下几种：

　　

　　•单向层流

　　

　　•脉动层流

　　

　　•振荡层流

　　

　　

　　层流剖面图。箭头代表速度的分布。

　　

　　1）单向层流

　　

　　在大多数小的健康生物血管中，例如小动脉和静脉中会遇到单向层流。 在体内某些细胞，例如内皮细胞和肾上皮细胞，经常暴露于流动中。

　　

　　在实验上，通过在低壁通道中灌注介质，并通过保持流动方向和速度随时间恒定来实现单向层流。

　　

　　

　　ibidi的解决方案

　　

　　● ibidi泵系统非常适合创建单向层流。

　　

　　● 推荐使用ibidi µ-Slide I Luer Family 和 µ-Slide VI ^0.4 通道载玻片，使用这些通道载玻片，均匀的层流剪切应力覆盖了整个通道区域，除了通道壁两侧和储液池附近的薄带。这些区域的宽度与通道的高度成比例。

　　

　　

　　非均匀层流

　　

　　单向层流也可能以不均匀的模式出现。在这种情况下，流动方向是恒定的，而流动速率在空间上横跨细胞层变化。在体内，不均匀的层流发生在血管分支部位。 在实验上，非均匀层流剪切应力可以通过特殊的通道几何形状来实现，其在通道内的特定位置处产生流速变化。使用这种实验装置，可以用单个样品研究细胞上的不同剪切应力。这是研究不同剪应力影响的有效方法。

　　

　　ibidi的解决方案

　　

　　ibidi µ-Slide y-shaped 是为研究使用ibidi泵系统的非均匀流动而设计的。在流动条件下，剪切应力水平取决于通道上的区域：在分支区域，普遍的剪切应力大约是单个直通道区域的一半。

　　

　　请注意：实验上不可能在 µ-Slide y-shaped 中研究湍流。

　　

　　

　　2）脉动层流

　　

　　由于心跳引起的波动，在大动脉血管中会遇到脉动层流。在实验上，这种类型的流动可以通过采用具有周期性变化流速的流动来模拟，同时保持流动方向恒定。

　　

　　

　　ibidi的解决方案

　　

　　● ibidi泵系统理想地适用于产生脉动层流。

　　

　　● ibidi µ-Slide I Luer Family和µ-Slide VI ^0.4 通道载玻片可用于脉动层流实验。

　　

　　

　　3）振荡层流

　　

　　振荡层流被认为是使用流室模拟湍流的一种方法。虽然流动是层流，但没有主方向，因为流动方向是定期改变的(例如，每0.5秒)。此外，在阀门切换期间，流量保持恒定。

　　

　　

　　参考文献：

　　

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

　　

　　ibidi的解决方案

　　

　　● ibidi泵系统非常适合创建振荡流动条件。

　　

　　● ibidi µ-Slide I Luer Family 和 µ-Slide VI ^0.4 通道载玻片可用于振荡层流实验。

　　

　　2.湍流

　　

　　湍流的特点是流速和方向随时间发生不可预测的变化。在体内，湍流是罕见的，只能在病理生理过程中发现。

　　

　　

　　湍流剖面图。箭头表示速度分布。

　　

　　参考文献：

　　

　　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的解决方案

　　

　　由于物理原因，在使用生理流动状态的ibidi流动室中无法实现湍流。当使用流动室时，振荡层流被认为是模拟湍流的一种方法，可使用ibidi泵系统创建。