細胞牽張培養(yǎng)系統(tǒng)

        CELL TANK

              杭州雛鷹計劃入選企業(yè)   中國制造助力中國科研

技 術(shù) 背 景  Technology

當前細胞基礎(chǔ)研究以二維靜態(tài)培養(yǎng)為主， 這種平面培養(yǎng)與實際“ 動態(tài)+立體"模式差別  很大， 導(dǎo)致細胞形態(tài)學(xué) 、 細胞分化 、 細胞間 相互作用與體內(nèi)動態(tài)環(huán)境產(chǎn)生明顯差異 。 比 如細胞骨架重組 、細胞形態(tài)以及基因蛋白表 達改變等。

因 此，我們開發(fā)了一種新的體外細胞拉伸儀，使研究者能夠以可控和易于復(fù)制的方 式分析不同類型機械刺激下的細胞生物學(xué)。 使用該細胞拉伸儀，能夠更深入地了解細胞如何在 各種力的作用下相互作用和生長 。其精確的 控制和用于細胞生長分化的動態(tài)培養(yǎng)結(jié)構(gòu)， 為細胞發(fā)育提供了理想的環(huán)境。

觸 摸 屏 操 作 界 面   GUI

典型加載波形

優(yōu)勢

（1） 均勻負 載  —— 培養(yǎng)腔室采用預(yù)埋橫桿技術(shù)，保證每個細胞都沿著拉伸軸均勻地承受應(yīng)變， 非 軸向方向上的次級載荷極低

（2） 高再現(xiàn)性  ——高精度步進電機保證在各種速度 和拉伸比組合中實現(xiàn)一致的運動程序， 機械穩(wěn)定性與 拉伸膜的彈性相結(jié)合，保證高度可重復(fù)的力學(xué)刺激

（3） 一體式設(shè)計  ——  自帶觸摸控制屏， 無需電腦。 內(nèi)置 ARM 芯片， 高效穩(wěn)定運行的同時簡單易用

（4） 加載模式靈活  ——  可配置不同牽張應(yīng)變 、 頻 率 、持續(xù)時間， 靜態(tài)保持 、 正弦波 、 三角波 、 方波、 心跳波以及各種波形組合

（5） 高通量培養(yǎng) ——  最大拉伸面積 32mm×32mm， 基底經(jīng)過包被處理， 可直接接種細胞且更易貼壁 。 適  配各種實驗室分析技術(shù)， 包括細胞固定和熒光成像等

設(shè)備參數(shù)

使用步驟

步驟 1： 先對培養(yǎng)腔進行適當?shù)幕|(zhì)膠包被

步驟 2：孵育細胞，待其貼培養(yǎng)腔底生長后， 放入拉伸培養(yǎng)系統(tǒng)

步驟 3：將系統(tǒng)連接到電源，啟動開關(guān)按鈕。 根據(jù)實驗需要， 使用觸摸屏面  板調(diào)整參數(shù)    （如頻率 、 周期和應(yīng)變）

步驟 4： 監(jiān)測細胞拉伸的過程中的狀態(tài)， 及 時補充培養(yǎng)液

步驟 5： 加載循環(huán)結(jié)束后， 關(guān)閉電源 。 評估 收集的數(shù)據(jù)，如是否需要進一步優(yōu)化拉伸參 數(shù)

步驟 6： 將拉伸培養(yǎng)后的細胞妥善保存， 以 便后續(xù)進行實驗分析

應(yīng)用方向

細胞力學(xué)特性研究

彈性和粘性性質(zhì)：通過細胞拉伸儀可以測量細胞在拉伸過程中的應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系，從而確定細胞的彈性模量和粘性系數(shù)等力學(xué)特性。這對于理解細胞的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義，例如，細胞的彈性模量可以反映細胞的硬度和柔韌性，而粘性系數(shù)則可以反映細胞內(nèi)部的粘彈性行為。

各向異性特性：有些細胞具有明顯的各向異性，如肌細胞等。細胞拉伸儀可以在不同的方向上對細胞進行拉伸，研究細胞在不同方向上的力學(xué)響應(yīng)，從而揭示細胞的結(jié)構(gòu)組織和功能特點。

細胞骨架研究

肌動蛋白和微管網(wǎng)絡(luò)：細胞骨架是細胞的重要結(jié)構(gòu)組成部分，其中肌動蛋白和微管網(wǎng)絡(luò)在細胞的形態(tài)維持和功能發(fā)揮中起著關(guān)鍵作用。細胞拉伸儀可以模擬細胞在體內(nèi)受到的拉伸應(yīng)力，觀察細胞骨架的重組和重構(gòu)過程，了解肌動蛋白和微管網(wǎng)絡(luò)在細胞拉伸過程中的動態(tài)變化，以及它們?nèi)绾螀f(xié)同作用來維持細胞的形態(tài)和功能。

細胞骨架與細胞粘附的關(guān)系：細胞拉伸儀還可以研究細胞骨架與細胞外基質(zhì)之間的粘附力。通過施加拉伸應(yīng)力，可以觀察細胞骨架的變化以及細胞與基質(zhì)之間的粘附強度的改變，從而深入了解細胞骨架在細胞粘附和遷移中的作用機制。

細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究

機械信號傳導(dǎo)：細胞能夠感知外部的機械刺激，并將其轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的化學(xué)信號，從而調(diào)節(jié)細胞的生長、分化和遷移等生理過程。細胞拉伸儀可以精確地控制拉伸應(yīng)力的大小、加載速度和持續(xù)時間，研究細胞在機械刺激下的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如整合素信號通路、PI3K - Akt 信號通路等，揭示細胞如何響應(yīng)機械刺激并進行信號傳導(dǎo)。

應(yīng)激反應(yīng)：細胞在受到拉伸應(yīng)力時會產(chǎn)生一系列的應(yīng)激反應(yīng)，如氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等。細胞拉伸儀可以幫助研究人員了解細胞在應(yīng)激狀態(tài)下的生理變化和分子機制，以及這些應(yīng)激反應(yīng)如何影響細胞的存活和功能。

醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域

疾病診斷和治療

癌癥研究：癌癥細胞的力學(xué)性質(zhì)與正常細胞存在顯著差異。通過細胞拉伸儀對癌癥細胞進行力學(xué)測試，可以評估癌癥細胞的惡性程度和轉(zhuǎn)移潛能，為癌癥的診斷和治療提供重要的參考依據(jù)。例如，研究發(fā)現(xiàn)，癌癥細胞的彈性模量通常低于正常細胞，這使細胞更容易發(fā)生變形和遷移。

心血管疾病研究：心血管系統(tǒng)中的細胞，如血管平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞，在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。細胞拉伸儀可以研究這些細胞在受到拉伸應(yīng)力時的生物學(xué)行為和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，了解心血管疾病的發(fā)病機制，為心血管疾病的診斷和治療提供新的思路和方法。

細胞治療：細胞拉伸儀還可以用于研究細胞治療中的關(guān)鍵問題，如細胞的力學(xué)環(huán)境對細胞功能和治療效果的影響。在細胞移植和組織工程中，了解細胞在植入部位的力學(xué)環(huán)境對于提高細胞治療的效果至關(guān)重要。

藥物研發(fā)

藥物篩選：利用細胞拉伸儀可以篩選出對細胞力學(xué)性質(zhì)具有調(diào)節(jié)作用的藥物，為藥物研發(fā)提供新的靶點。例如，一些抗癌藥物可以通過影響癌細胞的力學(xué)性質(zhì)來發(fā)揮其治療作用，通過細胞拉伸儀可以快速篩選出具有潛在抗癌活性的藥物。

藥物作用機制研究：細胞拉伸儀可以幫助研究人員深入了解藥物在細胞水平上的作用機制，例如藥物如何影響細胞的力學(xué)特性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和細胞形態(tài)等，為藥物的合理設(shè)計和應(yīng)用提供理論依據(jù)。