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

　　在流動(dòng)條件下研究?jī)?nèi)皮細(xì)胞主要是血流模擬和剪切應(yīng)力模擬血管中的體內(nèi)狀況；在與靜態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)相比，流動(dòng)測(cè)定允許對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和心血管疾病進(jìn)行生理上更相關(guān)的研究。

　　內(nèi)皮細(xì)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(jī)體中，內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)受到剪切應(yīng)力的機(jī)械刺激（圖 1B）。血液循環(huán)會(huì)產(chǎn)生這種剪切應(yīng)力，這對(duì)細(xì)胞具有至關(guān)重要的影響。　

　　圖 1. 襯有內(nèi)皮細(xì)胞 (A) 和來(lái)自血液流體的壁剪切應(yīng)力 (B) 的血管示意圖

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

圖 2 不同人體血管類型的剪應(yīng)力值

　　1. 剪切應(yīng)力影響細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和基因表達(dá)　　

　　剪切應(yīng)力通過激活信號(hào)級(jí)聯(lián)和參與重要生物學(xué)過程的基因表達(dá)，在適當(dāng)?shù)膬?nèi)皮細(xì)胞功能中起關(guān)鍵作用（圖 3）。　

　　圖 3：剪切應(yīng)力引起的細(xì)胞變化。改編自PF Davies, Physiological Reviews, 1995.

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

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

　　2.剪切應(yīng)力影響細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組織

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

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

　　3.剪切應(yīng)力影響細(xì)胞功能和行為

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

　　圖 6：從電阻信號(hào)的變化可以看出，在流動(dòng)條件下阻抗微動(dòng)會(huì)降低。剪切應(yīng)力：10 dyn/cm2。

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