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ibidi細胞培養(yǎng)|為何要在流體狀態(tài)下培養(yǎng)內(nèi)皮細胞

更新時間:2022-09-16   更新時間:2022-09-16   點擊次數(shù):1144次

  在流動條件下研究內(nèi)皮細胞主要是血流模擬和剪切應力模擬血管中的體內(nèi)狀況;在與靜態(tài)細胞培養(yǎng)實驗相比,流動測定允許對內(nèi)皮細胞和心血管疾病進行生理上更相關的研究。

  

  內(nèi)皮細胞是所有血管的重要組成部分,并作為血管壁和血液之間的滲透屏障(圖 1)。在活的有機體中,內(nèi)皮細胞會受到剪切應力的機械刺激(圖 1B)。血液循環(huán)會產(chǎn)生這種剪切應力,這對細胞具有至關重要的影響?!?/p>

  

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  圖 1. 襯有內(nèi)皮細胞 (A) 和來自血液流體的壁剪切應力 (B) 的血管示意圖

  

  靜脈細胞承受相對較低的血壓和剪切應力,而動脈中的內(nèi)皮細胞承受高壓和較高的剪切應力(圖 2)。但很明顯,由流體流動引起的這些力對內(nèi)皮細胞的生物學具有根本性的影響。

  

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圖 2 不同人體血管類型的剪應力值

  

  1. 剪切應力影響細胞信號傳導和基因表達  

  剪切應力通過激活信號級聯(lián)和參與重要生物學過程的基因表達,在適當?shù)膬?nèi)皮細胞功能中起關鍵作用(圖 3)?!?/p>

  

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  圖 3:剪切應力引起的細胞變化。改編自PF Davies, Physiological Reviews, 1995.

  

  流體流動在內(nèi)皮細胞上產(chǎn)生的機械刺激由位于細胞壁中的機械傳感器感知,例如離子通道、細胞骨架、酪氨酸激酶受體、細胞膜凹穴、G 蛋白和細胞-基質(zhì)(整合素)細胞-細胞連接分子。這些機械刺激觸發(fā)信號級聯(lián),然后將其轉(zhuǎn)導到細胞核以激活轉(zhuǎn)錄因子和基因表達。隨后,基因表達導致蛋白質(zhì)表達和細胞功能的激活,例如內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)的重塑或細胞遷移(圖 4)?!?/p>

  

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  圖 4 (改編自 Chien et al. 2007)顯示了剪切應力誘導的機械傳導的下游效應的示意圖


  2.剪切應力影響細胞形態(tài)、細胞結(jié)構(gòu)和組織

  即使在短時間的流動下培養(yǎng)內(nèi)皮細胞后,剪切應力暴露的形態(tài)影響也變得明顯。與靜態(tài)細胞培養(yǎng)相比,細胞開始沿著流動方向定向,并且在肌動蛋白纖維沿流動方向排列的情況下細胞骨架重新排列(圖 5)。此外,應力纖維和細胞的機械剛度增加?! ?/p>

  

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  圖 5:人臍靜脈內(nèi)皮細胞 (HUVEC) 的熒光顯微鏡成像。在靜態(tài)(左)和 10 dyn/cm2(右)的流動條件下,使用 ibidi Pump 系統(tǒng)培養(yǎng)細胞 72 小時。之后,將細胞固定并染色。綠色:肌動蛋白,紅色 = VE-鈣粘蛋白,藍色 = DAPI


  3.剪切應力影響細胞功能和行為

  剪切應力引起形態(tài)變化,導致細胞功能和行為改變。細胞骨架充當將機械刺激傳遞到生化信號過程中的傳遞器,然后導致細胞增殖、遷移和細胞大分子通透性的變化。此外,已經(jīng)表明,剪切應力通過調(diào)節(jié)細胞屏障和細胞間接觸以及細胞的微動來影響內(nèi)皮細胞的功能(圖 6)。  

  

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  圖 6:從電阻信號的變化可以看出,在流動條件下阻抗微動會降低。剪切應力:10 dyn/cm2。

  

  綜上便是對流體狀態(tài)下培養(yǎng)內(nèi)皮細胞的三大理由!這也是為何內(nèi)皮細胞應該在生理剪切應力而不是靜態(tài)條件下培養(yǎng)。如果您有興趣可了解有關剪切應力和流動細胞培養(yǎng)的更多信息。

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