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ibidi细胞培养|为何要在流体状态下培养内皮细胞

更新时间:2022-09-16   更新时间:2022-09-16   点击次数:749次

  在流动条件下研究内皮细胞主要是血流模拟和剪切应力模拟血管中的体内状况;在与静态细胞培养实验相比,流动测定允许对内皮细胞和心血管疾病进行生理上更相关的研究。

  

  内皮细胞是所有血管的重要组成部分,并作为血管壁和血液之间的渗透屏障(图 1)。在活的有机体中,内皮细胞会受到剪切应力的机械刺激(图 1B)。血液循环会产生这种剪切应力,这对细胞具有至关重要的影响。 

  

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  图 1. 衬有内皮细胞 (A) 和来自血液流体的壁剪切应力 (B) 的血管示意图

  

  静脉细胞承受相对较低的血压和剪切应力,而动脉中的内皮细胞承受高压和较高的剪切应力(图 2)。但很明显,由流体流动引起的这些力对内皮细胞的生物学具有根本性的影响。

  

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图 2 不同人体血管类型的剪应力值

  

  1. 剪切应力影响细胞信号传导和基因表达  

  剪切应力通过激活信号级联和参与重要生物学过程的基因表达,在适当的内皮细胞功能中起关键作用(图 3)。 

  

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  图 3:剪切应力引起的细胞变化。改编自PF Davies, Physiological Reviews, 1995.

  

  流体流动在内皮细胞上产生的机械刺激由位于细胞壁中的机械传感器感知,例如离子通道、细胞骨架、酪氨酸激酶受体、细胞膜凹穴、G 蛋白和细胞-基质(整合素)细胞-细胞连接分子。这些机械刺激触发信号级联,然后将其转导到细胞核以激活转录因子和基因表达。随后,基因表达导致蛋白质表达和细胞功能的激活,例如内皮细胞结构的重塑或细胞迁移(图 4)。 

  

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  图 4 (改编自 Chien et al. 2007)显示了剪切应力诱导的机械传导的下游效应的示意图


  2.剪切应力影响细胞形态、细胞结构和组织

  即使在短时间的流动下培养内皮细胞后,剪切应力暴露的形态影响也变得明显。与静态细胞培养相比,细胞开始沿着流动方向定向,并且在肌动蛋白纤维沿流动方向排列的情况下细胞骨架重新排列(图 5)。此外,应力纤维和细胞的机械刚度增加。  

  

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  图 5:人脐静脉内皮细胞 (HUVEC) 的荧光显微镜成像。在静态(左)和 10 dyn/cm²(右)的流动条件下,使用 ibidi Pump 系统培养细胞 72 小时。之后,将细胞固定并染色。绿色:肌动蛋白,红色 = VE-钙粘蛋白,蓝色 = DAPI


  3.剪切应力影响细胞功能和行为

  剪切应力引起形态变化,导致细胞功能和行为改变。细胞骨架充当将机械刺激传递到生化信号过程中的传递器,然后导致细胞增殖、迁移和细胞大分子通透性的变化。此外,已经表明,剪切应力通过调节细胞屏障和细胞间接触以及细胞的微动来影响内皮细胞的功能(图 6)。  

  

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  图 6:从电阻信号的变化可以看出,在流动条件下阻抗微动会降低。剪切应力:10 dyn/cm2。

  

  综上便是对流体状态下培养内皮细胞的三大理由!这也是为何内皮细胞应该在生理剪切应力而不是静态条件下培养。如果您有兴趣可了解有关剪切应力和流动细胞培养的更多信息。