• 价格十分昂贵。
1.培养液 2.细胞 3.无底培养皿 4.压力 5.基座 6.水 7.出水口 8.进水口 9.培养膜
细胞化学方法染色细胞内的琥珀酸脱氢酶为阳性, 膜 上显示蓝紫色颗粒, 表明体外培养细胞能在膜上生长 ;选用聚醚砜滤膜, 价格低廉, 为多次重复实验提供了 可能, 加力以后可以在其上进行细胞染色、原位杂交 、免疫组化染色等技术。
细胞体外加力的实验方法
研究目的
• 骨组织的主要功能结构支撑。 • 力学刺激下，骨的结构变化（骨生成和
骨吸收），以适应相应的力学环境。 • 力学环境包括生物体外、体内细胞之间
的相互作用力和细胞内张力等。——力 学系统。 • 目的：更好地理解细胞的结构一功能关 系及调节机制,必须结合力学观点加以研 究。
• 不同的实验技术所获得的实验结果可比性较差. 与细胞本身力学性能的复杂性相关外, 还有实 验手段、方法、原理的限制。
• 开发模拟紊流和过渡流的实验装置； • 开发外界与内部环境多力学因素作用力学模型 • 模拟力学——化学因素共作用的环境 • 借助于声、光、电、磁等其它学科的技术, 改
进和完善原有技术 • 开发用于观察细胞力学信号传导机制用于测量
复杂流体剪切应力装置
♣模拟体外力学环境的加载方法
• 离心力加载装置 • 空气液体传导静压力加载装置
离心力加载装置
原理：经分离培养得到的离体细胞在离心力作用 下受到离心力、重力、细胞与细胞基质间的摩 擦力。
用于观察失重状态下细胞变化,对重力生理学和航 天生物学具有独立的理论、实际意义。
缺点：细胞间、细胞与基质间无附着关系，从而 影响细胞的功能状态，无法反映真实的细胞生 理状态。
空气液体传导静压力加载装置
气体密闭室
可以研究液压对细胞周期、 骨架微丝微观形态的影响。 优点：设备简单、操作方 便、易于传递载荷、细胞 受载均匀 缺点：环境密闭，培养条 件不易维持，不利于长时 间观察
♣研究单细胞力学特性的加载方法
微管吸吮技术 发展：
20世纪30年代,cole采用挤压的方法研究海胆卵的弹性构 造；—— 照片上不能准确地确定接触面积; Norris细各一微形针置于红细胞中,测量针的弯曲变形确 定作用力；——这一方法难以实现； 50年代中期,微管吸吮技术出现。 采用显微技术和微管吸吮方法直接对单个细胞进行加载, 通过实时记录系统记录, 利用图像处理仪和计算机进行位 移测量及变形数值分析。 • 应用：检测单个细胞或细胞对变形和粘附的重要手段。
微管吸吮技术
• 组成：由微吸管、显微操 作器、倒置显微镜、负压 加载系统、磁带实时记录 系统、图像处理仪、计算 机等组成
• 优点：测量精细，易于标 定；重复性好
• 缺点：检测对象为单个细 胞；变形部分膜张力不均 ；技术方面的校正
• 技术遵循基本假定:细胞 膜与玻璃管之间没有磨擦 力(通常管的表面涂有一 层蛋白质);动态条件下,培 养液流体粘性力相对于细 胞自身的粘性力是可以忽 略的。
Petriperm 弹力膜培养皿
• 90 年代初问世。其原理就是通过弹性底面的形 变, 使附着于该底面的细胞受到牵张力。实验 通过调节弹性底面圆心的垂直形变量, 达到调 节细胞受力的目的。另外附加一些机械装置, 可以调节力的周期。
• 优点：加力方式较为接近正畸临床牙齿受力状 态,；避免空气液体传导静压力加力装置对实验 周期的限制；可用于体外细胞培养的持续性、 间歇性间歇性牵张力。
• 优点：施力恒定，受力均匀，磁力定量，方便定位；可 以测量细胞受体分子水平的力学性质。
从外界力到功能
• 应力/应变影响细胞的形态,到达感应细胞的感 受器；
• 获知到应力刺激后，细胞信号传导通路将机械 信号转化为生物化学信号；
• 传导到达效应位点，调节相关分子的表达，最 终影响细胞的功能活动。
展望
分子水平加载技术
• 原理：通过对细胞表面受体施加磁场扭曲力的方法,测量 细胞骨架刚度的变化。
• 过程：微米级的永久性磁球,表面结合蛋白质分子使磁球 与细胞膜受体结合;外加磁场磁化磁球,在垂直方向加一个 均匀弱磁场使磁球旋转;此时如果受体与细胞骨架连接在 一起,细胞骨架对磁球的旋转产生阻力。
• 测量：测量磁球产生的磁场力的变化,定量地获得细胞内 的力学参数。外力矩和应力可以用标准粘性物质标定,磁 球旋转的角度可以用磁力测量仪测定。
传导过程中分子的变化 • 开发精确地测量细胞的应力、应变关系的实验
系统
流体剪切应力加载装置
平行平板流动室
高度<<宽度与长度 利用流入管与流出管压力 差使细胞受到均匀或脉冲 的剪切力。 优点：细胞在受力时仍保 持与基底的粘附 缺点：利用培养液流动产 生力的作用，生化成分检 测困难
锥板流动室
透明锥板与平板以相同速度反向运 转，获得稳定层流，使其间的细胞 受到稳定、均匀、较大范围的剪切 力。
♣模拟体内力学环境的加载方法
• 利用对细胞粘附的基底材料进行间接加载, 通过对基底材料加载后使基底材料的应变 传递到细胞上, 如四点弯曲梁的单向应变加 载和膜材料的双向应变加载方法、气体加 压加载技术, 以及三维加载技术等.
a.简单延长 b.单纯轴拉伸 c.双体流入使膜拉伸 ■机械力使膜拉伸