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微重力三维培养,核心是模拟微重力(10⁻³g 级)+ 低剪切力,让细胞自发聚集成三维球 / 类器官,更贴近体内生理状态,用于肿瘤、干细胞、药物研发等。
主流方案:RWV 旋转壁容器、RPM 随机定位仪、双轴回转装置,靠旋转抵消重力沉降,让细胞持续悬浮、自由落体,平均重力矢量趋近零。
关键优势:低剪切力(≈0.01Pa),避免机械损伤,保障细胞间信号传导与物质交换,利于形成异质性结构。
更真实的 3D 结构:形成肿瘤球、类器官,还原核心坏死 / 增殖边缘 / 血管化区,保留细胞异质性。
更准的生物学表型:细胞 - 细胞 / 基质互作、信号通路、耐药性与体内更一致,药物筛选数据更可靠。
更低损伤:低剪切力设计,适合干细胞、类器官等脆弱细胞长期培养。
更高通量:支持多组学、动态监测与高通量药物筛选,加速实验周期。
| 技术 | 原理 | 优势 | 局限 |
|---|---|---|---|
| RWV 旋转壁容器 | 水平旋转抵消重力,细胞自由悬浮 | 结构成熟,低剪切,易操作 | 转速 / 容器半径需精准匹配 |
| RPM 随机定位仪 | 三轴随机旋转,重力矢量随机化 | 模拟更均匀,适合长期培养 | 设备成本高,需专业维护 |
| 双轴回转装置 | 两轴联动分散重力,可实时监测 | 兼顾微重力 / 超重力,参数可控 | 体积较大,培养规模有限 |
| 磁悬浮 | 磁性标记细胞,磁场悬浮 | 无机械接触,剪切力极低 | 需特殊标记,适用细胞有限 |
肿瘤研究:构建肿瘤球 / 类器官,模拟免疫逃逸、血管生成,用于肿瘤微环境与耐药性研究。
干细胞 / 再生医学:提升分化效率,构建心肌、肝脏等类器官,助力组织工程与再生研究。
药物研发:高通量筛选与药效评估,降低临床前 / 临床差异,减少动物实验成本。
空间生物学:模拟太空微重力,研究重力对细胞骨架、基因表达的影响,服务航天医学。
自研微重力三维细胞培养系统,支持微重力(10⁻³g)与超重力(2-3g) 双向模拟。
双轴旋转 + 实时重力监测,精准控环境,适配肿瘤、干细胞、类器官等多领域。
低剪切力 + 高效气体交换,细胞成活率与 3D 结构形成率显著提升。
细胞接种:密度 1×10⁵-1×10⁶ cells/mL,无气泡,避免剪切损伤。
转速控制:初始 5-10 rpm,细胞聚团后调至 10-20 rpm,维持悬浮不沉降。
培养基与气体:优选无血清 / 低血清,按需补加生长因子;O₂ 5%-21%,CO₂ 5%,37℃恒温。
监测与质控:定期镜检形态,检测活力 / 凋亡 / 标志物,结合成像与多组学分析。
细胞聚团不均:调整接种密度、转速或添加促聚集因子(如基质胶)。
细胞凋亡增加:降低剪切力、优化培养基成分,或缩短培养周期。
球径过大 / 坏死:控制接种量,定期换液,或采用动态灌注系统。
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