1、計(jì)算機(jī)控制的三維細(xì)胞組織測(cè)試培養(yǎng)系統(tǒng),對(duì)各種組織,三維細(xì)胞培養(yǎng)物提供周期性的或靜態(tài)的壓力加載;
2、對(duì)生長(zhǎng)在三維環(huán)境下的細(xì)胞進(jìn)行單軸向或者雙軸向的靜態(tài)或者周期性的應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn);
3、特制的顯微附屬設(shè)備,在細(xì)胞組織加力刺激培養(yǎng)的同時(shí),實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞組織在力刺激下的反應(yīng);
4、使用立體凝膠支架(膠原水凝膠支架)三維組織培養(yǎng)模具和三維細(xì)胞培養(yǎng)板可以進(jìn)行真正意義上三維細(xì)胞培養(yǎng);
5、可建立特制的各種模擬實(shí)驗(yàn):心率模擬實(shí)驗(yàn),步行模擬實(shí)驗(yàn),跑動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)和其他動(dòng)力模擬實(shí)驗(yàn)。
6、構(gòu)建長(zhǎng)度達(dá)35mm的生物人工組織
系統(tǒng)亮點(diǎn):
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加力模式**—施加在整個(gè)細(xì)胞組織上,非直接夾具受力那樣集中在很小的面積上,不會(huì)對(duì)受力的細(xì)胞組織造成機(jī)械損傷和污染,受力均勻、無死角。
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真正意義上的三維培養(yǎng):
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以立體三維基質(zhì)水凝膠為支架,充分保障三維狀態(tài)下的細(xì)胞組織水分、營(yíng)養(yǎng)交換和細(xì)胞粘附能力.
水凝膠支架在液態(tài)時(shí)包裹細(xì)胞,固態(tài)時(shí)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),具有細(xì)胞粘附力強(qiáng),良好水分、養(yǎng)分交換特性.
因此水凝膠支架可以更好地模擬細(xì)胞生長(zhǎng)所需的類組織樣物理和空間結(jié)構(gòu),并且可塑性高、制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、臨床應(yīng)用方便。
由于膠原蛋白是人體內(nèi)含量*豐富的蛋白(約占總蛋白25%),是細(xì)胞外基質(zhì)中*常見的蛋白質(zhì),膠原蛋白纖維上還有精氨酸一甘氨酸**冬氨酸等氨基酸序列,可以為細(xì)胞表層整合蛋白所識(shí)別和貼附。
并且膠原蛋白本身是天然材料**排斥反應(yīng)小,而且其交聯(lián)過程不需其他化學(xué)試劑的引入,可自我交聯(lián)形成凝膠三維支架,其生物相容性更為突出。因此,膠原水凝膠支架倍受人們的廣泛關(guān)注。
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三維組織培養(yǎng)模具和三維細(xì)胞培養(yǎng)板類型豐富:
使用三維組織培養(yǎng)模具和三維細(xì)胞培養(yǎng)板可進(jìn)行三維細(xì)胞培養(yǎng).
系統(tǒng)配套的三維培養(yǎng)板包被材料豐富:
Flexcell三維系統(tǒng)培養(yǎng)板具有親水氨基酸、膠原(I型或IV)、彈性蛋白、ProNectin(RGD)包被表面、層粘連蛋白(YIGSR)包被表面,細(xì)胞粘附能力強(qiáng)??蒲姓吒鶕?jù)自己的細(xì)胞組織,有針對(duì)性的選擇適合包被表面三維培養(yǎng)板.
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三維狀態(tài)下細(xì)胞組織應(yīng)力加激培養(yǎng):可對(duì)生長(zhǎng)在三維環(huán)境下的細(xì)胞進(jìn)行單/雙軸向靜態(tài)或周期性應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn)
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有專用的三維凝膠套件(Kit)—Flexcell Collagel Kit 和Flexcell ThermaCol Kit
1 系統(tǒng)功能:
1) 三維細(xì)胞組織培養(yǎng)系統(tǒng)是一種新型的組織培養(yǎng)系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)在水凝膠中對(duì)細(xì)胞進(jìn)行三維培養(yǎng),構(gòu)建具有一定彈性和長(zhǎng)度的生物組織,可構(gòu)建*大長(zhǎng)達(dá)35mm的人工組織;
2) 對(duì)各種細(xì)胞進(jìn)行三維培養(yǎng),分析細(xì)胞的基因表達(dá)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和形態(tài)學(xué)變化,定量監(jiān)測(cè)組織形成過程中細(xì)胞的形成率、大小和存活率;
3) 模擬組織中細(xì)胞在生長(zhǎng)過程中收到的各種作用力,如步行中肌肉收到的拉伸和牽張力,心臟收到的收縮力,肌腱收到的壓力和拉伸力等,建立組織生長(zhǎng)模型;
4) 利用膠原水凝膠為支架建立干細(xì)胞分化培養(yǎng)系統(tǒng),模擬干細(xì)胞分化過程中受到的作用力,促進(jìn)干細(xì)胞的定向分化,形成特定的組織,如軟骨、心肌細(xì)胞等;
5) 利用三維凝膠自動(dòng)掃描計(jì)算系統(tǒng),通過凝膠的透光性變化來分析三維組織的密實(shí)化過程,以及通過凝膠的中組織的面積變化來計(jì)算三維組織的大小,分析細(xì)胞在牽拉作用力下形成組織的過程;
6) 也可以對(duì)貼壁培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行拉伸力刺激培養(yǎng),從而模擬細(xì)胞受到的牽張作用力,建立力學(xué)培養(yǎng)模型和病理培養(yǎng)模型,比如****的病理生物學(xué)模型,肌肉炎癥反應(yīng)的病理生物學(xué)模型等;
7) 可以通過膠原水凝膠系統(tǒng)建立**的細(xì)胞拉伸損傷模型,比如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞,作用于細(xì)胞上的牽張力可測(cè)量,能獲得較理想的機(jī)械損傷力學(xué)參數(shù)。
8) 利用膠原水凝膠體外培養(yǎng)細(xì)胞系,建立細(xì)胞對(duì)**有效成分篩選的藥篩模型,分析不同**或者組織因子對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、分化的影響
9) 建立作用力下周期性機(jī)械拉伸對(duì)細(xì)胞特殊的表達(dá)和因子分泌的影響模型,很多細(xì)胞對(duì)于機(jī)械力刺激和力學(xué)波動(dòng)都比較敏感,分析機(jī)械作用如何影響細(xì)胞的自分泌和旁分泌作用。
10) 分析三維狀態(tài)下的細(xì)胞與水凝膠之間組織水分、營(yíng)養(yǎng)交換的過程,分析細(xì)胞粘附能力的變化,篩選新型的組織相容性材料
顯微附屬設(shè)備可以與顯微鏡聯(lián)用,用于實(shí)時(shí)觀測(cè)分析細(xì)胞在受力培養(yǎng)過程中的形態(tài)變化,細(xì)胞的排列,細(xì)胞胞外基質(zhì)的分泌以及細(xì)胞的移動(dòng)情況。
Tissue Train ?測(cè)量體系介紹
體外培養(yǎng)在與真實(shí)組織在結(jié)構(gòu)上和功能上相似的人工組織需要以下幾個(gè)基本條件:
(1)細(xì)胞
(2)支架矩陣組織
(3)培養(yǎng)基和生長(zhǎng)因子
和(4)的機(jī)械刺激。這些條件彼此相互影響,并且相互之間共同來促進(jìn)形成能夠承受生物機(jī)械力的,且結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的組織。而在人工組成形成的過程中,這些細(xì)胞按照發(fā)育途徑形成具有一定幾何形狀的細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)。其中一些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與了細(xì)胞外基質(zhì)組合物的形成。這些途徑中,有些是由細(xì)胞基質(zhì)的機(jī)械變形調(diào)節(jié),并通過膜結(jié)合蛋白,如整合素,粘著斑復(fù)合體,細(xì)胞粘附分子和離子通道傳遞到細(xì)胞內(nèi)。這些途徑中細(xì)胞還可以響應(yīng)配體,如細(xì)胞基質(zhì)形變所釋放的細(xì)胞因子,***或生長(zhǎng)因子等。
為了維持肌肉骨骼組織的完整性和強(qiáng)度,組織內(nèi)細(xì)胞需要保持一定水平的內(nèi)在應(yīng)力。如果缺乏這種內(nèi)在的應(yīng)力,組織會(huì)缺少?gòu)?qiáng)度導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞或者組織的斷裂。目前一般認(rèn)為如果在固定四肢,臥床休息或在內(nèi)在應(yīng)力水平的降低的情況下,將導(dǎo)致骨中礦物質(zhì)流失,骨組織萎縮,骨骼弱化,以及合成代謝活性的降低和分解代謝活性的增加。
為了在體外培養(yǎng)與原生組織類似的人工組織,*重要的就是能夠創(chuàng)建模擬體內(nèi)條件的環(huán)境。細(xì)胞在具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)作用的環(huán)境中培養(yǎng),可以促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝,并可以改變細(xì)胞的形狀和其它性能。因此,在體外形成過程中建立和保持一個(gè)具備機(jī)械作用的環(huán)境(即張力,剪切力或壓縮)就成為這一過程中至關(guān)重要的。除了具備機(jī)械作用的環(huán)境,在三維環(huán)境下培養(yǎng)細(xì)胞可以比靜態(tài)二維培養(yǎng)法更好地模擬原生環(huán)境。
組織基質(zhì)的尺寸和形狀也將直接影響組織內(nèi)細(xì)胞的類型、大小、排列方向以及組織基質(zhì)內(nèi)生理作用力分布。組織內(nèi)的組成也會(huì)取決于組織所受的作用力的類型?;诮馄蕦W(xué)一些組織所處的位置,某些組織受到了拉伸力和壓縮力,并且形成了多種組織成分。比如跟腱的中部(拉伸力存在)是由致密的纖維結(jié)締組織組成,而肌腱壓靠跟骨區(qū)域(其中壓縮力存在)是由纖維軟骨組織組成。組織的形狀也與其所處具體位置所產(chǎn)生的功能或者功能的喪失相關(guān)。比如連接骨骼的跟腱位于跟骨交界處,而在這個(gè)位置上的跟腱也容易斷裂,其原因就在于其厚度*小。因此,特別需要對(duì)組織的原生形狀進(jìn)行體外模擬,以研究其失效機(jī)理以及相關(guān)組織**機(jī)制。FLEXCELL的Tissue Train ?培養(yǎng)體系的開發(fā),就是為了解決這一組織培養(yǎng)過程中的難題,這個(gè)培養(yǎng)體系通過為細(xì)胞和基質(zhì)提供三維支架矩陣組織、動(dòng)態(tài)的拉伸力和多種幾何模型來創(chuàng)建不同形狀的生物人工組織(如線性,梯形和圓形)。
FLEXCELL的Tissue Train ?培養(yǎng)體系是一個(gè)獨(dú)立的三維培養(yǎng)系統(tǒng),它允許研究者在基質(zhì)凝膠中創(chuàng)建用于細(xì)胞培養(yǎng)的三維幾何形狀,或使細(xì)胞構(gòu)建自組裝矩陣,連接到錨定器在Tissue Train ?培養(yǎng)板。 FLEXCELL目前擁有模具和/或板,用于創(chuàng)建三個(gè)不同形狀的水凝膠:線性,梯形和圓形。該Tissue Train ?系統(tǒng)可用來自心臟,肌肉骨骼,皮膚,肺,胃腸道,骨髓和脂肪組織等的細(xì)胞創(chuàng)建生物人工構(gòu)建體,(參見Flexcell文獻(xiàn)庫(kù),看看研究人員目前如何使用該系統(tǒng))。
圖1說明了使用Tissue Train?培養(yǎng)系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)線性的生物人工組織(BAT)。 簡(jiǎn)言之,Tissue Train?培養(yǎng)板頂上設(shè)置一個(gè)槽式Loader?,使用施加真空的FX-5000?張力系統(tǒng)拉動(dòng)培養(yǎng)板的柔性底橡膠膜向下進(jìn)入線性槽。用移液管把細(xì)胞和凝膠基質(zhì)懸浮液分注到兩個(gè)錨之間的槽式莖。聚合后,真空經(jīng)由錨釋放和線性的水凝膠或生物人工組織,已經(jīng)建立了附著到培養(yǎng)板上的莖在東部和西部*點(diǎn)。
該系統(tǒng)以水凝膠為細(xì)胞外基質(zhì)支架,水凝膠支架液態(tài)時(shí)包裹細(xì)胞,固態(tài)時(shí)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),細(xì)胞粘附力強(qiáng),良好水分、養(yǎng)分交換,同時(shí)又可以逼真模擬體內(nèi)細(xì)胞組織力學(xué)環(huán)境.
工作原理:
1.以立體三維基質(zhì)水凝膠為支架,細(xì)胞在培養(yǎng)過程中胞外基質(zhì)不斷產(chǎn)生,并互相連接,形成組織
2.三維基質(zhì)水凝膠提高組織形成所需要的水分、營(yíng)養(yǎng)和提供細(xì)胞連接的空間.
3.在三維作用力刺激下,模擬細(xì)胞生長(zhǎng)所需的生長(zhǎng)環(huán)境。構(gòu)建的三維組織可塑性高,便于后期分析基因表達(dá)和組織結(jié)構(gòu)。
4.利用天然的細(xì)胞間相互作用來驅(qū)動(dòng)三維結(jié)構(gòu)的形成。此方法科學(xué),對(duì)干細(xì)胞誘導(dǎo)、再生醫(yī)學(xué)、**開發(fā)等利用三維細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)室都可以應(yīng)用
5.flexsan組織形成壓力動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄組織形成過程中壓實(shí)力過程,自動(dòng)繪制測(cè)量三維人工組織的壓實(shí)力曲線。
圖1:Tissue Train?培養(yǎng)系統(tǒng)創(chuàng)建生物人工組織
該FX-5000?張力系統(tǒng)提供研究者一個(gè)不斷增長(zhǎng)的生物人工組織的具有調(diào)控單軸或等雙軸應(yīng)力應(yīng)變工具。用戶可以在一個(gè)方案,定義了一個(gè)頻率??,伸長(zhǎng)率和應(yīng)變的持續(xù)時(shí)間,模擬在體內(nèi)天然組織的應(yīng)變環(huán)境(見進(jìn)一步的信息細(xì)胞的三維培養(yǎng)施加機(jī)械負(fù)載)
另外,該細(xì)胞將自己重塑細(xì)胞外基質(zhì)隨著時(shí)間的推移(圖2)。這個(gè)重塑的一個(gè)措施是膠壓實(shí)隨著時(shí)間的推移。 SCANFLEX?是一個(gè)自動(dòng)化的圖像采集系統(tǒng),允許用戶定期掃描放置在掃描儀床上物品。該SCANFLEX?軟件控制的數(shù)字掃描儀,并允許用戶次數(shù)和時(shí)間間隔進(jìn)行編程時(shí),數(shù)字掃描拍攝。當(dāng)結(jié)合Tissue Train?培養(yǎng)板結(jié)合使用時(shí),SCANFLEX?可用于確定在生物人工組織的面積的變化。此外,BAT的區(qū)域可以使用XyFlex?圖像分析軟件來測(cè)量。 XyFlex?軟件允許用戶自動(dòng)測(cè)量BAT區(qū)域中的圖像的一個(gè)大的序列。
圖2:生物人工組織膠壓實(shí)矢量圖像
典型應(yīng)用案例:
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系統(tǒng)功能及優(yōu)勢(shì)總結(jié):
1.該系統(tǒng)對(duì)生長(zhǎng)在三維狀態(tài)下的細(xì)胞及組織進(jìn)行單軸向或者雙軸向的靜態(tài)或者周期性的應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn),可智能、精準(zhǔn)誘導(dǎo)來自各種細(xì)胞、組織在拉應(yīng)力作用下發(fā)生的生化生理變化,專業(yè)、細(xì)膩的闡釋了體外細(xì)胞、組織機(jī)械力刺激加載、力學(xué)信號(hào)感受和響應(yīng)機(jī)制。對(duì)研究細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能,細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟、增殖、衰老、凋亡、死亡及癌變以及通路表達(dá),細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)及基因表達(dá)的調(diào)控,細(xì)胞的分化及其調(diào)控機(jī)理具有重要意義;
2.該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),為體外培育的細(xì)胞提供**的,可控制的,可重復(fù)的,靜態(tài)的或者周期性的應(yīng)力變化;
3.該系統(tǒng)可感應(yīng)、加載各種細(xì)胞、組織在應(yīng)力刺激下的生物化學(xué)反應(yīng),例如:骨骼細(xì)胞,肺細(xì)胞,心肌細(xì)胞,血細(xì)胞,皮膚細(xì)胞,肌腱細(xì)胞,韌帶細(xì)胞,軟骨細(xì)胞和骨細(xì)胞;
4.該系統(tǒng)特制的顯微附屬設(shè)備,在細(xì)胞及組織加力刺激培養(yǎng)的同時(shí),實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞組織在力刺激下的反應(yīng);
5.該系統(tǒng)使用Flexcell程序,可建立特制的各種模擬實(shí)驗(yàn):心率模擬實(shí)驗(yàn),步行模擬實(shí)驗(yàn),跑動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)和其他運(yùn)動(dòng)力模擬實(shí)驗(yàn);
6.該系統(tǒng)可在體外模擬仿真體內(nèi)各種細(xì)胞組織力刺激的靜態(tài)波形、正旋波形、心動(dòng)波形、三角波形、矩形波形、各種特制波形;
7.該系統(tǒng)可使用種子細(xì)胞構(gòu)建長(zhǎng)度達(dá)35mm的生物人工組織,并可在體外模擬仿真體內(nèi)力學(xué)環(huán)境進(jìn)行培養(yǎng)測(cè)試組織力屬性;
8.真正意義上的三維培養(yǎng)—該系統(tǒng)以水凝膠為細(xì)胞外基質(zhì)支架,水凝膠支架液態(tài)時(shí)包裹細(xì)胞,固態(tài)時(shí)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),細(xì)胞粘附力強(qiáng),良好水分、養(yǎng)分交換,同時(shí)又可以逼真模擬體內(nèi)細(xì)胞組織力學(xué)環(huán)境;
9.三維組織培養(yǎng)模具和三維細(xì)胞培養(yǎng)板類型豐富,具有親水氨基酸、膠原(I型或IV)、彈性蛋白、ProNectin(RGD)包被表面、層粘連蛋白(YIGSR)包被表面,細(xì)胞粘附能力強(qiáng)??蒲姓吒鶕?jù)自己的細(xì)胞組織,有針對(duì)性的選擇適合包被表面三維培養(yǎng)板;
10.特制梯形三維培養(yǎng)模具,可以逼真進(jìn)行三維肌腱培養(yǎng).
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