模拟微重力(图)-RCCS-2D-天津市RCCS

现在认为，常规方法无法实现完全意义上的***重建， 即由离体细胞完全在体外重建***。其主要原因是:静止培养时，由于培养容器中的营养物质、气体及代谢产物浓度不均一， 容易导致载体内代谢废物蓄积，RCCS-D，局部pH 值升高，中心部位的细胞不能获得充足的养分，生长迟缓或停滞[9] 。因而细胞只能呈单层生长，细胞密度低，无分化现象。搅拌式发酵罐培养虽然可以克服静止培养的缺点，但由于培养液被搅动时产生的高剪切力，极易损伤细胞，并***细胞的***特异性分化。搅拌培养一般只能获得直径在1mm以下的多细胞球状体，细胞呈现轻度分化，细胞球状体中心常出现细胞坏死。更重要的是，在常规培养方法中，由于重力的作用，分离的细胞在培养液中自然沉降，限制了细胞与细胞、细胞与基质之间的三维随机组合与共同***(co - localization) ，细胞间无法实现类似胚胎发育过程中的三维接触和按极性的定向排列，因此只能呈现二维生长，在培养器皿表面平铺，不能形成立体结构[10]。

生物反应器模拟的微重力环境弥补了常规细胞培养的缺点，天津市RCCS，开辟了体外细胞培养的新纪元，也为***构建提供了技术支持。

模拟微重力环境具有如下特点:①低剪切力对细胞无机械性损伤，它是通过固体旋转匹配微载体和培养液的浓度来实现的；②富含氧而不引起涡流，物流转移率高。气体渗透膜则提供了被动的气体交换，它为适宜的生长环境提供了气体，RCCS-2D，防止了湍动引起的气泡/气室[11]；③随机化的重力向量(randomized gr***itational vectors) 可能直接影响***表达，或间接促进细胞自分泌/ 旁分泌，有利于细胞间信号转导 ；④细胞有一定程度的自由三维空间，有利于细胞—细胞、细胞—基质间按***学特性相互接触，有利于细胞分化，且不易形成坏死中心[10]；⑤微重力在***培养时还具有高保真度的优点。

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大多数这些培养实验是在半固体（凝胶）培养基中开发的; 然而，具有液体水基介质的生物反应器在微重力方面显示出另外的问题，介质在任何内壁表面上扩散，生活在空气的中心气泡中，或者介质从壁移除而形成大的中心液滴，到没有介质的***内表面。 此外，在微重力条件下，烧瓶中气体和液相之间的气体扩散不稳定。在1997年大肠杆X菌巴贝拉-纪莲博士开发的***个细胞培养装置没有内部气相，所述的OptiCell的基础上，使用呼吸膜（的控制的气体扩散膜 ）（4）这些装置避免所提到的空间的细胞培养的问题，并被NASA迅速采用，并且仍然用于许多空间生物实验（5）（6）。从1993年到1996年，科学家与瑞典空间局合作，在空间研究了重力对非洲爪蟾早期发育的作用，表明在受精期间短时间的微重力和开始的几分钟的发展导致异常的轴形成。 在抛物线飞行火箭内添加特殊的离心机可以区分飞行扰动和实际微重力的影响，显示在微重力中受精的卵产生了囊胚的形态变化，但是这些胚胎***并***了地球的正常发育（8） 。 这些结果表明，需要更长的微重力才能真正地揭示对发展过程的影响。

常见的伪三维培养方法或系统有转瓶培养、摇瓶培养、悬滴培养、支架培养等，这些方法只是适当地改善了传统的2D培养（培养皿培养），但因为重力的存在，新生的细胞自由落体，从而导致细胞平铺生长，很难得到较接近生物体的三维形态结构体。同时，这些伪三维培养虽然改进了传统的2D培养，但同时也带入了新的风险，比如转瓶或摇瓶培养，RCCS-4D，引入了相当的液体湍流和气泡，这会严重影响细胞的正常生长，甚至坏死。而悬滴培养则无法获得交大的培养物，同时无法适用于其他如微球培养或支架培养等特殊要求。