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內(nèi)皮細胞上的脈動剪切應(yīng)力

2025年08月03日 10:09:41      來源:廣州虹科電子科技有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:4

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血流剪切應(yīng)力,是血流與血管壁摩擦產(chǎn)生的平行與管壁表面的切線應(yīng)力,其大小取決于血液濃度、血流量及血管內(nèi)徑。

內(nèi)皮細胞(EC)緊密排列在血管的管壁表面,它們時刻受著血流剪切應(yīng)力的影響,并根據(jù)其在血管中不同位置對血流剪切應(yīng)力作出不同基因表達反應(yīng)。脈動剪切應(yīng)力 (PS) 多存在于層流中,主要位于直向血管區(qū)域,而渦旋擾動或振蕩剪切應(yīng)力 (OS) 則多出現(xiàn)于血管分支口或彎曲處。

在動脈分支口或者彎曲處,血流由穩(wěn)定的層流變?yōu)闇u流或振蕩流,剪切應(yīng)力明顯降低且方向改變。內(nèi)皮功能障礙的局灶性分布對應(yīng)于OS存在的區(qū)域,而內(nèi)皮正常穩(wěn)態(tài)則維持在PS存在的區(qū)域中,所以動脈粥樣硬化多發(fā)生于動脈分支口處、動脈彎曲及狹窄處,這些研究已成為血管疾?。ㄈ鐒用}粥樣硬化)的研究重點。

血流剪切應(yīng)力是造成動脈粥樣硬化病變非隨機灶性分布的主要因素,許多研究顯示血流剪切應(yīng)力通過調(diào)控內(nèi)皮細胞的基因表型來影響血管內(nèi)皮結(jié)構(gòu)與功能,從而影響動脈粥樣硬化病變的發(fā)生發(fā)展。

有研究發(fā)現(xiàn),在動脈血管分支處或者彎曲處這些好發(fā)動脈粥樣硬化部位的剪切應(yīng)力一般為4dyne/cm2,而不好發(fā)動脈粥樣硬化部位的剪切應(yīng)力通常大于12dyne/cm2。在正常生理動脈血流剪切應(yīng)力(>15dyne/cm2)作用下,血管內(nèi)皮細胞排列成梭形且其長軸與血流方向一致;當(dāng)血流剪切應(yīng)力較低(<4dyne/cm2)的情況下,內(nèi)皮細胞則會呈現(xiàn)排列不規(guī)則的多角型,分泌內(nèi)皮素、炎癥介質(zhì)等因子,使內(nèi)皮細胞損傷,呈現(xiàn)動脈粥樣硬化表型。

還有許多研究表明,內(nèi)皮細胞會對局部機械信號(如剪切應(yīng)力)作出反應(yīng),并與源自整個生物體的生理刺激協(xié)同作用。血管和亞血管區(qū)域協(xié)調(diào)細胞反應(yīng)的現(xiàn)象,涉及許多疾病研究,例如肺動脈高壓,阿爾茨海默病,血管性癡呆和胰腺癌等。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生物學(xué)對于血流剪切應(yīng)力的研究多借助了微流體技術(shù),在器官芯片中模擬血管,通過微流控系統(tǒng)控制液體流速等因素來研究剪切應(yīng)力對于細胞表達的作用。

下圖顯示的是點成ExiGo泵和生物芯片應(yīng)用于器官芯片的系統(tǒng)操作:

1、首先,將注射器裝入ExiGo泵中。注射器規(guī)格可選范圍從100微升到5毫升。

2、然后,ExiGo泵可以通過其控制軟件SmartFlo軟件進行控制。可以在電腦軟件上自定義剪切應(yīng)力和流速模式并自動執(zhí)行流動過程,還可以實時監(jiān)測流體情況。

3、接下來,注射器中的樣品會通過流量傳感器輸送,該傳感器將檢測剪切應(yīng)力和流速情況,并可根據(jù)實驗實際需求進行調(diào)整。

4、樣品之后會通過微流體芯片(器官芯片),在芯片里樣品可以在內(nèi)皮細胞上流動作用。流動模式可選,例如振蕩流動模式、勻速流動等。

5、芯片之后需連接一個儲液容器,用來收集從微流體芯片流出的廢液。

6、當(dāng)注射器中的樣品液排空時,泵會通過連接到培養(yǎng)基容器的歧管器切換閥門并從儲液瓶中抽取補充樣品溶液。這可以擴展注射器的容量,并可長時間地連續(xù)進行實驗。

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