常見細(xì)胞流體剪切力實驗類型及特征簡要介紹

一. 流體剪切力細(xì)胞實驗背景
 
液體是每個生物物種的重要組成部分。在生理狀態(tài)下，許多細(xì)胞類型被流體環(huán)境包圍。典型例子包括：血管內(nèi)皮細(xì)胞，形成血管內(nèi)層，淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，形成淋巴管內(nèi)層，腎和肺的上皮細(xì)胞。

這種液體流動引起剪切應(yīng)力，這是一種機(jī)械力，以多種方式影響細(xì)胞形態(tài)和行為。在許多標(biāo)準(zhǔn)體外實驗中，細(xì)胞在沒有流動的情況下培養(yǎng)。在這些靜態(tài)條件下，通常沒有考慮剪切應(yīng)力依賴性細(xì)胞變化。實際上，在流動下的體外細(xì)胞培養(yǎng)并模擬這種機(jī)械刺激并誘導(dǎo)更加接近生理狀態(tài)的體內(nèi)生物過程行為很有意義。特別對于研究在生物流體中存在的細(xì)胞時，模擬流動狀態(tài)顯得尤其重要，如內(nèi)皮細(xì)胞或上皮細(xì)胞。
 
下圖實驗顯示了靜態(tài)和流動狀態(tài)下人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）的免疫熒光圖像，顯示在流體環(huán)境和靜止環(huán)境下細(xì)胞的不同狀態(tài)。 用鬼筆環(huán)肽（紅色）染色細(xì)胞骨架F-肌動蛋白。  VE-鈣粘蛋白（綠色）標(biāo)記粘附連接點。 使用DAPI（藍(lán)色）染色細(xì)胞核。
二.流動剪切應(yīng)力對細(xì)胞的影響
剪切應(yīng)力是由液體對頂端細(xì)胞膜的摩擦引起的機(jī)械力。 在體內(nèi)，幾種貼壁細(xì)胞類型暴露于生物流體系統(tǒng)中的機(jī)械剪切應(yīng)力，例如血液和淋巴管或腎單位。 這種機(jī)械刺激對細(xì)胞的生理行為和粘附特性有很大影響。 細(xì)胞通過離子通道激活，基因表達(dá)和整個細(xì)胞層的重組的變化對剪切應(yīng)力起反應(yīng)。
上圖顯示了HUVEC在流動條件下（20 dyn /cm²）培養(yǎng) μ-SlideI 0.4 Luer 超過9天。 為了觀察細(xì)胞骨架，用腺病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞RAV巨細(xì)胞病毒-LifeAct-TagRFP 實驗前24小時。

剪切應(yīng)力以達(dá)因/平方厘米（dyn / cm ²）測量, 生理剪切應(yīng)力值的范圍為0.5至120達(dá)因/平方厘米，取決于血管類型（例如，動脈或靜脈），組織（例如，腦，結(jié)締組織或心臟），以及生物體的大小（例如，小鼠，大鼠或人）。

組織類型	剪切應(yīng)力（dyn /cm²）
主動脈	~ 1–22
動脈	~ 10–70
靜脈	~ 1–6
毛細(xì)血管	~ 3–95

三．不同類型的流動簡要介紹
在不同的生物組織中，通常具有幾種明確特征的幾種流體類型。 基本上，流動類型可以細(xì)分為層流和湍流：

流動類型	生理發(fā)生	流量	流動的方向	使用ibidi泵/載玻片生成
層流	在許多健康的血管中常見			是
單向?qū)恿?/strong>	在大多數(shù)小型健康生物血管中	不變	不變	是
脈動層流	在大動脈血管中由于心跳引起的波動	定期更改	不變	是
振蕩層流	接受作為使用流動室的湍流模擬的手段	不變	定期更改	是
湍流	罕見，在病理生理過程中	更改	更改	沒有

1 . 層流類型
層流被定義為沒有湍流的液體運(yùn)動。 流體以平行層流動，它們之間沒有中斷。 層流可以細(xì)分為以下幾種：


•單向?qū)恿?br /> •脈動層流
•振蕩層流

2 .單向?qū)恿?br /> 在大多數(shù)小的健康生物血管中遇到單向?qū)恿�，例如小動脈和靜脈。 在體內(nèi)，某些細(xì)胞，例如內(nèi)皮細(xì)胞和腎上皮細(xì)胞，經(jīng)常暴露于流動。
在實驗上，通過在低壁通道中灌注介質(zhì)，并通過保持流動方向和速度隨時間恒定來實現(xiàn)單向?qū)恿鳌?br />


3 .非均勻?qū)恿?br /> 單向?qū)恿骺梢砸圆痪鶆虻膱D案發(fā)生。 這里，流動方向是恒定的，而流速在細(xì)胞層上空間變化。 在體內(nèi)，在血管分支部位發(fā)生不均勻的層流。 在實驗上，非均勻?qū)恿骷羟袘?yīng)力可以通過特殊的通道幾何形狀來實現(xiàn)，其在載玻片內(nèi)的特定位置處產(chǎn)生流速變化。微型μ-Slide Y形載玻片，已被設(shè)計用于研究非均勻流動的使用 ibidi泵系統(tǒng) 。 剪切應(yīng)力水平取決于Y-形玻片的不同區(qū)域。



4 .脈動層流
由于心跳引起的波動，在大動脈血管中遇到脈動層流。 實驗上，這種類型的流動可以通過采用具有周期性變化的流速和恒定流動方向的流動來模擬。



5 .振蕩層流
振蕩層流用作模擬湍流的手段。 流動方向以固定間隔改變。 除了閥門切換時，流量也是恒定的。



6 . 湍流
湍流的特征在于流速和方向隨時間的不可預(yù)測的變化。 在體內(nèi)，湍流很少見，只能在病理生理過程中發(fā)現(xiàn)。



四．?dāng)?shù)據(jù)來源及參考文獻(xiàn)

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