常見細胞流體剪切力實驗類型及特征簡要介紹
一. 流體剪切力細胞實驗背景
液體是每個生物物種的重要組成部分。在生理狀態下，許多細胞類型被流體環境包圍。典型例子包括：血管內皮細胞，形成血管內層，淋巴管內皮細胞，形成淋巴管內層，腎和肺的上皮細胞。
這種液體流動引起剪切應力，這是一種機械力，以多種方式影響細胞形態和行為。在許多標準體外實驗中，細胞在沒有流動的情況下培養。在這些靜態條件下，通常沒有考慮剪切應力依賴性細胞變化。實際上，在流動下的體外細胞培養并模擬這種機械刺激并誘導更加接近生理狀態的體內生物過程行為很有意義。特別對于研究在生物流體中存在的細胞時，模擬流動狀態顯得尤其重要，如內皮細胞或上皮細胞。
下圖實驗顯示了靜態和流動狀態下人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）的免疫熒光圖像，顯示在流體環境和靜止環境下細胞的不同狀態。 用鬼筆環肽（紅色）染色細胞骨架F-肌動蛋白。 VE-鈣粘蛋白（綠色）標記粘附連接點。 使用DAPI（藍色）染色細胞核。
二.流動剪切應力對細胞的影響
剪切應力是由液體對頂端細胞膜的摩擦引起的機械力。 在體內，幾種貼壁細胞類型暴露于生物流體系統中的機械剪切應力，例如血液和淋巴管或腎單位。 這種機械刺激對細胞的生理行為和粘附特性有很大影響。 細胞通過離子通道激活，基因表達和整個細胞層的重組的變化對剪切應力起反應。
上圖顯示了HUVEC在流動條件下（20 dyn /cm²）培養 μ-SlideI 0.4 Luer 超過9天。 為了觀察細胞骨架，用腺病毒載體轉導細胞RAV巨細胞病毒-LifeAct-TagRFP 實驗前24小時。
剪切應力以達因/平方厘米（dyn / cm 2）測量, 生理剪切應力值的范圍為0.5至120達因/平方厘米，取決于血管類型（例如，動脈或靜脈），組織（例如，腦，結締組織或心臟），以及生物體的大小（例如，小鼠，大鼠或人）。
三．不同類型的流動簡要介紹
在不同的生物組織中，通常具有幾種明確特征的幾種流體類型。 基本上，流動類型可以細分為層流和湍流：
1 . 層流類型
層流被定義為沒有湍流的液體運動。 流體以平行層流動，它們之間沒有中斷。 層流可以細分為以下幾種：
•單向層流
•脈動層流
•振蕩層流
2 .單向層流
在大多數小的健康生物血管中遇到單向層流，例如小動脈和靜脈。 在體內，某些細胞，例如內皮細胞和腎上皮細胞，經常暴露于流動。
在實驗上，通過在低壁通道中灌注介質，并通過保持流動方向和速度隨時間恒定來實現單向層流。
3 .非均勻層流
單向層流可以以不均勻的圖案發生。 這里，流動方向是恒定的，而流速在細胞層上空間變化。 在體內，在血管分支部位發生不均勻的層流。 在實驗上，非均勻層流剪切應力可以通過特殊的通道幾何形狀來實現，其在載玻片內的特定位置處產生流速變化。微型μ-Slide Y形載玻片，已被設計用于研究非均勻流動的使用 ibidi泵系統 。 剪切應力水平取決于Y-形玻片的不同區域。
4 .脈動層流
由于心跳引起的波動，在大動脈血管中遇到脈動層流。 實驗上，這種類型的流動可以通過采用具有周期性變化的流速和恒定流動方向的流動來模擬。
5 .振蕩層流
振蕩層流用作模擬湍流的手段。 流動方向以固定間隔改變。 除了閥門切換時，流量也是恒定的。
6 . 湍流
湍流的特征在于流速和方向隨時間的不可預測的變化。 在體內，湍流很少見，只能在病理生理過程中發現。
四．數據來源及參考文獻
1. C.P. Cheng, R.J. Herfkens, C.A. Taylor. Comparison of abdominal aortic hemodynamics between men and women at rest and during lower limb exercise. J Vasc Surg, 2003, 10.1067/mva.2002.107
2. C.P. Cheng, R.J. Herfkens, C.A. Taylor. Abdominal aortic hemodynamic conditions in healthy subjects aged 50-70 at rest and during lower limb exercise: in vivo quantification using MRI. Atherosclerosis, 2003, 168(2):323–31
3. A.M. Malek, S.L. Alper, S. Izumo. Hemodynamic shear stress and its role in atherosclerosis. JAMA, 1999, 282(21):2035–42
4.A.G. Koutsiaris, et al. Volume flow and wall shear stress quantification in the human conjunctival capillaries and post-capillary venules in vivo. Biorheology, 2007, 44(5–6):375–86
液體是每個生物物種的重要組成部分。在生理狀態下，許多細胞類型被流體環境包圍。典型例子包括：血管內皮細胞，形成血管內層，淋巴管內皮細胞，形成淋巴管內層，腎和肺的上皮細胞。
這種液體流動引起剪切應力，這是一種機械力，以多種方式影響細胞形態和行為。在許多標準體外實驗中，細胞在沒有流動的情況下培養。在這些靜態條件下，通常沒有考慮剪切應力依賴性細胞變化。實際上，在流動下的體外細胞培養并模擬這種機械刺激并誘導更加接近生理狀態的體內生物過程行為很有意義。特別對于研究在生物流體中存在的細胞時，模擬流動狀態顯得尤其重要，如內皮細胞或上皮細胞。
下圖實驗顯示了靜態和流動狀態下人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）的免疫熒光圖像，顯示在流體環境和靜止環境下細胞的不同狀態。 用鬼筆環肽（紅色）染色細胞骨架F-肌動蛋白。 VE-鈣粘蛋白（綠色）標記粘附連接點。 使用DAPI（藍色）染色細胞核。
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左：HUVEC，靜態培養，0 dyn / cm， 2.5天， μ-slide 35mm培養皿。 右：HUVEC，流體剪切力10 dyn /cm²環境，2天，μ-Slide I 0.4 Luer.
二.流動剪切應力對細胞的影響
剪切應力是由液體對頂端細胞膜的摩擦引起的機械力。 在體內，幾種貼壁細胞類型暴露于生物流體系統中的機械剪切應力，例如血液和淋巴管或腎單位。 這種機械刺激對細胞的生理行為和粘附特性有很大影響。 細胞通過離子通道激活，基因表達和整個細胞層的重組的變化對剪切應力起反應。
上圖顯示了HUVEC在流動條件下（20 dyn /cm²）培養 μ-SlideI 0.4 Luer 超過9天。 為了觀察細胞骨架，用腺病毒載體轉導細胞RAV巨細胞病毒-LifeAct-TagRFP 實驗前24小時。
剪切應力以達因/平方厘米（dyn / cm 2）測量, 生理剪切應力值的范圍為0.5至120達因/平方厘米，取決于血管類型（例如，動脈或靜脈），組織（例如，腦，結締組織或心臟），以及生物體的大小（例如，小鼠，大鼠或人）。
常見組織細胞的剪切力范圍：
| 組織類型 | 剪切應力（dyn /cm²） |
| 主動脈 | ~ 1–22 |
| 動脈 | ~ 10–70 |
| 靜脈 | ~ 1–6 |
| 毛細血管 | ~ 3–95 |
三．不同類型的流動簡要介紹
在不同的生物組織中，通常具有幾種明確特征的幾種流體類型。 基本上，流動類型可以細分為層流和湍流：
下面是我們整理的幾種常見類型流體情況及特征
| 流動類型 | 生理發生 | 流量 | 流動的方向 | 使用ibidi泵/載玻片生成 |
| 層流 | 在許多健康的血管中常見 | 是 | ||
| 單向層流 | 在大多數小型健康生物血管中 | 不變 | 不變 | 是 |
| 脈動層流 | 在大動脈血管中由于心跳引起的波動 | 定期更改 | 不變 | 是 |
| 振蕩層流 | 接受作為使用流動室的湍流模擬的手段 | 不變 | 定期更改 | 是 |
| 湍流 | 罕見，在病理生理過程中 | 更改 | 更改 | 沒有 |
1 . 層流類型
層流被定義為沒有湍流的液體運動。 流體以平行層流動，它們之間沒有中斷。 層流可以細分為以下幾種：
•單向層流
•脈動層流
•振蕩層流
2 .單向層流
在大多數小的健康生物血管中遇到單向層流，例如小動脈和靜脈。 在體內，某些細胞，例如內皮細胞和腎上皮細胞，經常暴露于流動。
在實驗上，通過在低壁通道中灌注介質，并通過保持流動方向和速度隨時間恒定來實現單向層流。
3 .非均勻層流
單向層流可以以不均勻的圖案發生。 這里，流動方向是恒定的，而流速在細胞層上空間變化。 在體內，在血管分支部位發生不均勻的層流。 在實驗上，非均勻層流剪切應力可以通過特殊的通道幾何形狀來實現，其在載玻片內的特定位置處產生流速變化。微型μ-Slide Y形載玻片，已被設計用于研究非均勻流動的使用 ibidi泵系統 。 剪切應力水平取決于Y-形玻片的不同區域。
4 .脈動層流
由于心跳引起的波動，在大動脈血管中遇到脈動層流。 實驗上，這種類型的流動可以通過采用具有周期性變化的流速和恒定流動方向的流動來模擬。
5 .振蕩層流
振蕩層流用作模擬湍流的手段。 流動方向以固定間隔改變。 除了閥門切換時，流量也是恒定的。
6 . 湍流
湍流的特征在于流速和方向隨時間的不可預測的變化。 在體內，湍流很少見，只能在病理生理過程中發現。
四．數據來源及參考文獻
1. C.P. Cheng, R.J. Herfkens, C.A. Taylor. Comparison of abdominal aortic hemodynamics between men and women at rest and during lower limb exercise. J Vasc Surg, 2003, 10.1067/mva.2002.107
2. C.P. Cheng, R.J. Herfkens, C.A. Taylor. Abdominal aortic hemodynamic conditions in healthy subjects aged 50-70 at rest and during lower limb exercise: in vivo quantification using MRI. Atherosclerosis, 2003, 168(2):323–31
3. A.M. Malek, S.L. Alper, S. Izumo. Hemodynamic shear stress and its role in atherosclerosis. JAMA, 1999, 282(21):2035–42
4.A.G. Koutsiaris, et al. Volume flow and wall shear stress quantification in the human conjunctival capillaries and post-capillary venules in vivo. Biorheology, 2007, 44(5–6):375–86
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