細(xì)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(dāng)前細(xì)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(xì)胞形態(tài)學(xué) 、 細(xì)胞分化 、 細(xì)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(xì)胞骨架重組 、細(xì)胞形態(tài)以及基因蛋白表 達(dá)改變等。

因 此，我們開發(fā)了一種新的體外細(xì)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(jī)械刺激下的細(xì)胞生物學(xué)。 使用該細(xì)胞拉伸儀，能夠更深入地了解細(xì)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(xì)胞生長分化的動態(tài)培養(yǎng)結(jié)構(gòu)， 為細(xì)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(fù) 載  —— 培養(yǎng)腔室采用預(yù)埋橫桿技術(shù)，保證每個細(xì)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(jìn)電機(jī)保證在各種速度 和拉伸比組合中實現(xiàn)一致的運(yùn)動程序， 機(jī)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(yùn)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(xì)胞且更易貼壁 。 適  配各種實驗室分析技術(shù)， 包括細(xì)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(jìn)行適當(dāng)?shù)幕|(zhì)膠包被

步驟 2：孵育細(xì)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(xì)胞拉伸的過程中的狀態(tài)， 及 時補(bǔ)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(jìn)一步優(yōu)化拉伸參 數(shù)

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

應(yīng)用方向

細(xì)胞力學(xué)特性研究

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

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

細(xì)胞骨架研究

肌動蛋白和微管網(wǎng)絡(luò)：細(xì)胞骨架是細(xì)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(xì)胞的形態(tài)維持和功能發(fā)揮中起著關(guān)鍵作用。細(xì)胞拉伸儀可以模擬細(xì)胞在體內(nèi)受到的拉伸應(yīng)力，觀察細(xì)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(xì)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(xì)胞的形態(tài)和功能。

細(xì)胞骨架與細(xì)胞粘附的關(guān)系：細(xì)胞拉伸儀還可以研究細(xì)胞骨架與細(xì)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(xì)胞骨架的變化以及細(xì)胞與基質(zhì)之間的粘附強(qiáng)度的改變，從而深入了解細(xì)胞骨架在細(xì)胞粘附和遷移中的作用機(jī)制。

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究

機(jī)械信號傳導(dǎo)：細(xì)胞能夠感知外部的機(jī)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(xì)胞的生長、分化和遷移等生理過程。細(xì)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(xì)胞在機(jī)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(xì)胞如何響應(yīng)機(jī)械刺激并進(jìn)行信號傳導(dǎo)。

應(yīng)激反應(yīng)：細(xì)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(xì)胞拉伸儀可以幫助研究人員了解細(xì)胞在應(yīng)激狀態(tài)下的生理變化和分子機(jī)制，以及這些應(yīng)激反應(yīng)如何影響細(xì)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(xì)胞的力學(xué)性質(zhì)與正常細(xì)胞存在顯著差異。通過細(xì)胞拉伸儀對癌癥細(xì)胞進(jìn)行力學(xué)測試，可以評估癌癥細(xì)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(xì)胞的彈性模量通常低于正常細(xì)胞，這使細(xì)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(xì)胞，如血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。細(xì)胞拉伸儀可以研究這些細(xì)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(jī)制，為心血管疾病的診斷和治療提供新的思路和方法。

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

藥物研發(fā)

藥物篩選：利用細(xì)胞拉伸儀可以篩選出對細(xì)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(diǎn)。例如，一些抗癌藥物可以通過影響癌細(xì)胞的力學(xué)性質(zhì)來發(fā)揮其治療作用，通過細(xì)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(jī)制研究：細(xì)胞拉伸儀可以幫助研究人員深入了解藥物在細(xì)胞水平上的作用機(jī)制，例如藥物如何影響細(xì)胞的力學(xué)特性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和細(xì)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)。