ibidi細胞培養|為何要在流體狀態下培養內皮細胞

　　在流動條件下研究內皮細胞主要是血流模擬和剪切應力模擬血管中的體內狀況；在與靜態細胞培養實驗相比，流動測定允許對內皮細胞和心血管疾病進行生理上更相關的研究。

　　內皮細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）。在活的有機體中，內皮細胞會受到剪切應力的機械刺激（圖 1B）。血液循環會產生這種剪切應力，這對細胞具有至關重要的影響?！?/p>

　　圖 1. 襯有內皮細胞 (A) 和來自血液流體的壁剪切應力 (B) 的血管示意圖

　　靜脈細胞承受相對較低的血壓和剪切應力，而動脈中的內皮細胞承受高壓和較高的剪切應力（圖 2）。但很明顯，由流體流動引起的這些力對內皮細胞的生物學具有根本性的影響。

圖 2 不同人體血管類型的剪應力值

　　1. 剪切應力影響細胞信號傳導和基因表達　　

　　剪切應力通過激活信號級聯和參與重要生物學過程的基因表達，在適當的內皮細胞功能中起關鍵作用（圖 3）?！?/p>

　　圖 3：剪切應力引起的細胞變化。改編自PF Davies, Physiological Reviews, 1995.

　　流體流動在內皮細胞上產生的機械刺激由位于細胞壁中的機械傳感器感知，例如離子通道、細胞骨架、酪氨酸激酶受體、細胞膜凹穴、G 蛋白和細胞-基質（整合素）細胞-細胞連接分子。這些機械刺激觸發信號級聯，然后將其轉導到細胞核以激活轉錄因子和基因表達。隨后，基因表達導致蛋白質表達和細胞功能的激活，例如內皮細胞結構的重塑或細胞遷移（圖 4）?！?/p>

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

　　2.剪切應力影響細胞形態、細胞結構和組織

　　即使在短時間的流動下培養內皮細胞后，剪切應力暴露的形態影響也變得明顯。與靜態細胞培養相比，細胞開始沿著流動方向定向，并且在肌動蛋白纖維沿流動方向排列的情況下細胞骨架重新排列（圖 5）。此外，應力纖維和細胞的機械剛度增加?！　?/p>

　　圖 5：人臍靜脈內皮細胞 (HUVEC) 的熒光顯微鏡成像。在靜態（左）和 10 dyn/cm2（右）的流動條件下，使用 ibidi Pump 系統培養細胞 72 小時。之后，將細胞固定并染色。綠色：肌動蛋白，紅色 = VE-鈣粘蛋白，藍色 = DAPI

　　3.剪切應力影響細胞功能和行為

　　剪切應力引起形態變化，導致細胞功能和行為改變。細胞骨架充當將機械刺激傳遞到生化信號過程中的傳遞器，然后導致細胞增殖、遷移和細胞大分子通透性的變化。此外，已經表明，剪切應力通過調節細胞屏障和細胞間接觸以及細胞的微動來影響內皮細胞的功能（圖 6）?！　?/p>

　　圖 6：從電阻信號的變化可以看出，在流動條件下阻抗微動會降低。剪切應力：10 dyn/cm2。

　　綜上便是對流體狀態下培養內皮細胞的三大理由！這也是為何內皮細胞應該在生理剪切應力而不是靜態條件下培養。如果您有興趣可了解有關剪切應力和流動細胞培養的更多信息。