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在科研領(lǐng)域，眾多學(xué)者利用體外細(xì)胞培養(yǎng)模型,研究不同氧環(huán)境對(duì)細(xì)胞存活、增殖及分化的影響,包括多種干細(xì)胞的增殖和分化、癌細(xì)胞的侵襲和擴(kuò)增,以及滋養(yǎng)層細(xì)胞的發(fā)生等。在以上細(xì)胞培養(yǎng)模型中,培養(yǎng)基是細(xì)胞直接暴露和接觸的外環(huán)境,培養(yǎng)基中的氧濃度是細(xì)胞實(shí)際接觸到的氧環(huán)境。但是,在不同氧濃度培養(yǎng)條件下,細(xì)胞培養(yǎng)基中的實(shí)際氧濃度及其變化情況尚沒受到研究者的關(guān)注。

有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，且具有制冷和加熱的雙向調(diào)溫系統(tǒng)是生物、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等科研部門的基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于恒溫培養(yǎng)、恒溫反應(yīng)等試驗(yàn)。 我們都知道，人體中的每個(gè)細(xì)胞都需要氧氣才能生存，并通過氧化磷酸化產(chǎn)生能量。氧氣對(duì)于細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化至關(guān)重要，但是細(xì)胞所接觸的氧氣水平對(duì)細(xì)胞功能至關(guān)重要。大多數(shù)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室都設(shè)置為在20%氧氣和5%二氧化碳的培養(yǎng)箱環(huán)境中培養(yǎng)細(xì)胞。

在應(yīng)用上，腫瘤細(xì)胞研究中，需長(zhǎng)期培養(yǎng)癌細(xì)胞以觀察藥物作用效果 —— 若培養(yǎng)箱CO?濃度波動(dòng)±0.5%，會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞表面受體表達(dá)量差異達(dá)20%，同一藥物的抑制率結(jié)果偏差可能超過15%，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論不可信。干細(xì)胞研究、疫苗研發(fā)等領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境的要求更苛刻。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，為了研究細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、合成代謝、生長(zhǎng)增值等，細(xì)胞培養(yǎng)成了一個(gè)必不可少的過程。細(xì)胞培養(yǎng)是指在體外模擬體內(nèi)環(huán)境（無菌、適宜溫度、酸堿度和一定營(yíng)養(yǎng)條件等），使之生存、生長(zhǎng)、繁殖并維持主要結(jié)構(gòu)和功能的一種方法。

此外，使用添加ficoll的培養(yǎng)基減少細(xì)胞沉降，使其與細(xì)胞的平均密度相匹配。觀察結(jié)果表明白細(xì)胞可以在懸浮液體中主動(dòng)游動(dòng)。 圖2.淋巴細(xì)胞在自由懸液中游動(dòng) 驗(yàn)證了白細(xì)胞確實(shí)可以游動(dòng)之后，接下來作者開始探究細(xì)胞游動(dòng)的動(dòng)力來源。肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架作為推動(dòng)細(xì)胞爬行的分子引擎已被廣泛接受。

培養(yǎng)箱，是指溫度可控的，主要用于培養(yǎng)微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞的箱體裝置，是生物、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等科研部門的基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備。廣泛應(yīng)用于恒溫培養(yǎng)、恒溫反應(yīng)等試驗(yàn)。培養(yǎng)箱的特點(diǎn)主要有：箱體采用聚氨酯等泡沫塑料作為隔熱材料，對(duì)外源冷、熱都有較好的隔絕能力;內(nèi)腔多采用不銹鋼制作，有較強(qiáng)的抗腐蝕能力；具有加熱、制冷以及自動(dòng)溫控裝置。能靈敏地調(diào)節(jié)箱內(nèi)溫度。

代謝活動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊：用于監(jiān)測(cè)細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，如葡萄糖消耗量、乳酸生成量等。 數(shù)據(jù)處理與分析模塊：具備強(qiáng)大的圖像識(shí)別和數(shù)據(jù)分析功能，能夠自動(dòng)生成報(bào)告。 環(huán)境控制模塊：確保細(xì)胞在穩(wěn)定的培養(yǎng)條件下生長(zhǎng)。 3. 技術(shù)參數(shù)考量 技術(shù)參數(shù)是選型的重要依據(jù)，常見的技術(shù)參數(shù)包括： 成像技術(shù)：如明場(chǎng)成像、熒光成像、共聚焦成像等。

一、什么是培養(yǎng)箱？ 培養(yǎng)箱，是指溫度可控的、主要用于培養(yǎng)微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞的箱體裝置，有的具有制冷和加熱的雙向調(diào)溫系統(tǒng)，是生物、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等科研部門的基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于恒溫培養(yǎng)、恒溫反應(yīng)等試驗(yàn)。

圖2 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠可控微觀孔道結(jié)構(gòu)的激光共聚焦照片 02 細(xì)胞培養(yǎng)EFL-GM-PR系列多孔水凝膠在細(xì)胞培養(yǎng)方面具有優(yōu)異的性能，通過與GelMA無孔水凝膠對(duì)比可以明顯看出多孔GelMA水凝膠的優(yōu)勢(shì)。兩種配方的多孔GelMA水凝膠其內(nèi)部細(xì)胞增殖速率均高于GelMA無孔水凝膠，在培養(yǎng)第7天時(shí)出現(xiàn)了數(shù)倍的細(xì)胞數(shù)量差。

培養(yǎng)箱是在優(yōu)化的受控條件下培養(yǎng)接種了微生物的培養(yǎng)基的設(shè)備,需要建立理想生長(zhǎng)環(huán)境的一個(gè)關(guān)鍵因素是合適的氧含量環(huán)境。大氣中含有大約21%的氧氣，細(xì)胞的生理性含氧濃度通常為1%至13%。人們已發(fā)現(xiàn)氧氣濃度是影響干細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育等的關(guān)鍵環(huán)境因素。例如干細(xì)胞研究，逐漸明白控制氧氣、CO?和溫度的價(jià)值所在。細(xì)胞以某種方式測(cè)量它們的氧氣水平，然后可以相應(yīng)地調(diào)整它們的需求。

促進(jìn)芯片上的3D細(xì)胞培養(yǎng) 在研究人體器官時(shí)，與生理學(xué)相關(guān)的3D細(xì)胞培養(yǎng)模型比單層細(xì)胞更受青睞。盡管在過去十年中已經(jīng)報(bào)道了許多使用不可逆鍵合芯片的3D微生理系統(tǒng)，但鑒于通過封閉的狹窄微通道操縱剪切敏感細(xì)胞的技術(shù)難度，在芯片上建立高級(jí)3D模型仍然具有挑戰(zhàn)性。

其優(yōu)點(diǎn)是提供了一種可重復(fù)的、可定制的技術(shù)，以復(fù)雜的、可預(yù)設(shè)的幾何形狀靈活控制生物墨水量和細(xì)胞空間位置。需要注意的是，打印完畢并非大功告成，被新鮮打印出的“牛肉”需浸潤(rùn)在營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中幾周時(shí)間，讓干細(xì)胞在受控的環(huán)境中增殖。正如肉牛需要發(fā)育和養(yǎng)殖一年左右的時(shí)間才能出欄一樣，被3D打印出來的肉也需要一段時(shí)間才能成熟，只不過這個(gè)過程在培養(yǎng)基中被大大縮短了。

由于缺少細(xì)胞代謝特征的研究，以及處理過程的不足，中國(guó)沒有以過程參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行自主開發(fā)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。但是，在哺乳細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)化和放大方面，一些國(guó)際公司有經(jīng)驗(yàn)方法，但是還沒有本土化。同時(shí)，為了滿足生物醫(yī)藥產(chǎn)品短開發(fā)周期，高生物安全性，低工業(yè)化成本的需求，國(guó)外開發(fā)了很多商業(yè)化的生物反應(yīng)器系統(tǒng)。

5.細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)室 細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)室用于細(xì)胞培養(yǎng)、觀察和分析。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮操作的便利性和安全性。 細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置 顯微鏡：用于觀察細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮光源和防振措施。 培養(yǎng)箱：用于細(xì)胞培養(yǎng)，提供適宜的溫度和二氧化碳環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮其穩(wěn)定供電。

3.發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)發(fā)酵過程優(yōu)化包括從微生物細(xì)胞層面到宏觀微生物生化反應(yīng)層面的優(yōu)化，使細(xì)胞的生理調(diào)節(jié)、細(xì)胞環(huán)境、反應(yīng)器特征、工藝操作條件與反應(yīng)器控制之間復(fù)雜的相互作用盡可能簡(jiǎn)化，并對(duì)這些條件和相互關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，使之最適于特定發(fā)酵過程進(jìn)行的系統(tǒng)優(yōu)化方法。這種優(yōu)化主要涉及四個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容，第一是細(xì)胞生長(zhǎng)過程的研究;第二是微生物反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量;第三是生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué);第四是生物反應(yīng)器工程。

過程中，需要嚴(yán)格控制細(xì)胞系和生物反應(yīng)器條件，否則細(xì)胞系可能會(huì)死亡，而這將導(dǎo)致DSD團(tuán)隊(duì)重新開始生產(chǎn)。 以小尺度開發(fā)的預(yù)測(cè)性模型需要額外（通常成本高昂）的測(cè)試，才能校準(zhǔn)更大規(guī)模的生產(chǎn)，而構(gòu)建詳細(xì)的容器模型可能需要第三方專有數(shù)據(jù)。DSD團(tuán)隊(duì)還需要將其解決方案中的代碼，從用于細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器建模的gPROMS軟件中導(dǎo)出。

Meat-Tech 3D正在開發(fā)一種新穎的專有三維生物打印機(jī)，以三維結(jié)構(gòu)化培養(yǎng)肉的形式沉積分化干細(xì)胞，支架和細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物層。

組織工程方法通過結(jié)合水凝膠基質(zhì)和支持原發(fā)腫瘤部位細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用的多細(xì)胞3D培養(yǎng)物，幫助模擬這些生物力學(xué)、生物化學(xué)和生理學(xué)財(cái)產(chǎn)。作者討論了當(dāng)代腫瘤工程模型，并總結(jié)了原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移灶模型的進(jìn)展。

體外評(píng)價(jià)表明，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)在PL/GelMA/BCP支架上的粘附良好，與支架共培養(yǎng)可顯著促進(jìn)細(xì)胞增殖。此外，在PL中檢測(cè)到多種生長(zhǎng)因子(GFs)，這些生長(zhǎng)因子從支架中緩慢釋放，調(diào)節(jié)細(xì)胞行為，促進(jìn)血管樣結(jié)構(gòu)的形成。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PL/GelMA/BCP支架植入大鼠背部后，毛細(xì)血管形成明顯增加。

微流控 芯片類仿生空間微結(jié)構(gòu)的特性為細(xì)胞培養(yǎng)， 單細(xì)胞捕捉等提供了非常良好的操作平臺(tái)，并使得集成化的 細(xì)胞研究成 為可能，諸如細(xì)胞進(jìn)樣、培養(yǎng)、分選、裂解和分離檢測(cè)等過程可在一塊 芯片上完成。D、生物分子間相互作用 生物分子間的相互作用是研究生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)，涉及各類小分子化合物、多肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸 和寡聚糖直至類脂、噬菌體、病毒和細(xì)胞的生物體系研究。