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流动培养破屏障:从静态Transwell到多组织串联

2026-10-28     来源:本站     点击次数:36

药物怎么穿过肺上皮?肠屏障在炎症条件下会不会“漏”?皮肤材料接触后,底层细胞收到什么信号?这些问题一开始,很多人都会拿 Transwell 做模型:一层膜、上下两腔,接种、换液、取样都清楚。

Transwell 并没有过时。真正需要分清的是,模型有了上下两层,不等于细胞周围的环境已经完整。培养基往哪个方向走、流速能否保持、在哪个时间点取样,以及另一个组织会不会接收它释放的信号,都可能改变实验解释。

LiveBox2 沿用 Transwell 的顶腔和底腔结构,并把供液与界面状态放进可控流路。图源:IVTech 官方产品资料。

LiveBox2 沿用 Transwell 的顶腔和底腔结构,并把供液与界面状态放进可控流路。图源:IVTech 官方产品资料。

3D 解决结构,流动把环境变成变量
IVTech 把体外模型的演进分成三层:静态 3D先建立支架、球状体或组织外植体;加入持续流动后,才进入动态微环境;再把多个培养腔连接起来,形成组织间液体交换的通路。前两层解决“像不像三维组织”,后一层才进一步碰触“组织之间怎么相互影响”。

这次的主角 LiveBox2,基本结构仍然是人们熟悉的顶腔与底腔。官方适配 6 / 12 / 24 孔规格,具体面积随型号变化。区别在于,两侧不再只是静静装着培养基,而是可以通过双入口、双出口独立供液,也可以组成 S 形回路。多孔膜照常用于细胞接种,实验结束后还可取出,继续做后续采样或材料分析。

慢着,界面到底怎么摆?LiveBox2 给了两部分选择。

LLI / ALI 分别对应液-液界面和气-液界面。前者让培养基在膜两侧形成持续流动;后者让上层保持空气环境,只让培养基经过底层,适合需要暴露于气相的呼吸道等模型。

另外两条 S 形流路解决的是另一类问题。由上到下的路径让培养基穿过多孔结构,适合 3D 支架;由下到上的路径则让悬浮球体或类器官保持在膜上,同时获得底部流动。实际接口方向不能只看示意图,仍要跟膜规格、模型位置和研究方案一起确认。
 

四种配置改变的是界面与流向:LLI 保持双侧液体,ALI 让上层暴露空气,两条 S 形流路分别服务支架和悬浮培养。图源:IVTech 官方产品资料。

四种配置改变的是界面与流向:LLI 保持双侧液体,ALI 让上层暴露空气,两条 S 形流路分别服务支架和悬浮培养。图源:IVTech 官方产品资料。

对做通透性或跨屏障递送的人来说,另一个实际问题是取样。LiveBox2 可以接三通阀,在流路运行过程中取液;顶腔和底腔也能各自供液。这样一来,药物加入、屏障侧变化和接收侧采样可以拆开设计,不必等到实验结束才把所有信息一次性取走。

从一道屏障,走到两个组织“对话”
单个屏障模型回答的是“东西能不能过去”。多组织模型要继续问:过去以后,它让另一个组织发生了什么?

LiveBox1 是单培养腔版本,适合单一模型的连续灌流和观察;MultiDyn 则把四个培养腔放进 24 孔板尺寸里。四腔既能做平行实验,也能串成多组织通路。细胞释放的因子、药物代谢后的产物,或者材料浸提液带来的变化,可以随着液体进入下一个培养腔。
 

多组织回路里,泵负责循环,不同培养腔承载不同模型,三通阀负责取样,LivePa 可在需要时加入压力变量。图源:IVTech 官方产品资料。

多组织回路里,泵负责循环,不同培养腔承载不同模型,三通阀负责取样,LivePa 可在需要时加入压力变量。图源:IVTech 官方产品资料。

这也解释了 5D 里“多模型通路”的含义。它不是在单个培养腔里再叠一层结构,而是让几个原本分开的模型共享一条液体路径。肝、肠、淋巴结或屏障组织之间能否互相影响,取决于回路设计,也取决于你准备怎样设置取样点。

三个已发表案例,看看流动改变了什么
IVTech 的官方应用方向覆盖屏障、组织代谢、生殖免疫,以及疾病和材料模型。与其把器官名全部列一遍,不如看看三篇已发表研究怎样把平台放进具体实验。

肠屏障:动态和静态,读数并不一样
Costa 等 2020 年的研究把静态 Transwell 与 LiveBox2 并行培养 Caco-2,持续 21 天。第 21 天动态组的 TEER 约为 1000 Ω·cm²,静态组约为 800;P-gp 的基础外排更低,姜黄素对外排的抑制也更明显。这里真正要留意的不是哪一组“更好”,而是流动条件改变了屏障完整性和转运读数,静态与动态结果应该分开解释。TEER 数值来自该研究,平台是否原生集成 TEER 仍要按具体项目确认。

血脑屏障:从无流动到 200 μL/min
Branca 等 2025 年的研究用人脑内皮细胞 HBEC5i 建立只含脑内皮细胞的屏障,在 LiveBox2 中比较无流动与 200 μL/min 两种条件。研究观察到 NRF2 核转位从 31.86% 升到 74.53%,同时分析 ZO-1 定位,提示剪切刺激与氧化应激响应之间的关系。这个模型没有周细胞和星形胶质细胞,因此适合研究本案例中的剪切与氧化应激响应,不能直接等同于完整的神经血管单元。

HBEC5i 脑内皮细胞在无流动与 200 μL/min 条件下的 NRF2 核转位。结果来自单一细胞类型屏障模型,用于说明剪切响应,不代表完整神经血管单元。图源:Branca et al., Antioxidants 2025,DOI: 10.3390/antiox14040451,CC BY 4.0。

HBEC5i 脑内皮细胞在无流动与 200 μL/min 条件下的 NRF2 核转位。结果来自单一细胞类型屏障模型,用于说明剪切响应,不代表完整神经血管单元。图源:Branca et al., Antioxidants 2025,DOI: 10.3390/antiox14040451,CC BY 4.0。

皮肤与材料:把氧化应激和增殖放进同一流程
Bellu 等 2021 年的研究把 HFF1 与皮肤干细胞放进动态培养回路,在 UV 氧化应激前用 NanoPCL-M 预处理,观察 3 天与 7 天的 BrdU 增殖,并检测 SIRT1/2、HAS2 和 I 型胶原沉积。7 天时,预处理组显示更高的增殖读数。这个案例有价值的地方,在于材料处理、环境刺激和细胞功能读数可以放进同一条实验链里,而不是只做一次接触毒性。

把视线放回应用入口,官方总览里,肺与气道、肠、皮肤和 BBB/CNS 以双腔界面为核心,眼相关方向结合动态或压力回路;肝、胃、肾、脂肪、肌肉和骨属于组织与代谢方向;卵巢、乳腺、淋巴结以及心血管、疾病模型、新材料评价也在其中。具体细胞来源、膜规格、流速和取样节点仍需按项目确认。

泵和压力,不该一开始就堆满
ONE 是紧凑型蠕动泵,官方提供 4 路或 8 路独立回路,流速范围是 50–500 μL/min。做几组平行条件、是否需要不同流速,往往比“口数越多越好”更值得先想清楚。LiveFlow 则把四路回路分配到两个独立电机上,可以并行设置两种流速;如果实验还涉及较高背压或分段程序,再按具体型号确认。

LivePa 走的是另一条路。它通过改变出口管路截面,让培养腔里形成相对稳态的过压条件,官方给出 0、50%、100%、200%、500% 五档。这里的压力是实验变量,不是某个疾病的自动替身。高血压、青光眼等只是应用示例,研究里应当测什么、压力如何标定,仍要回到模型和检测方案。

材料与器械评价也是同样的逻辑。材料可以直接接触细胞或组织,也可以通过条件培养基连接到目标组织;如果需要病理环境,再加压力或动态条件。回路设计越接近研究问题越好,没必要为了“看起来复杂”把所有模块都接上。

选型从一句话开始
如果你的问题是屏障通透性,起点通常是 LiveBox2 + ONE 或 LiveFlow,再按取样需求决定是否加三通阀。问题是贴壁 3D、支架或单一组织灌流,可以从 LiveBox1 开始。需要四组平行或组织间串联,再看 MultiDyn。只有研究问题明确需要压力,LivePa 才值得进入配置。

还有一层边界不能省:培养面积、膜规格、目标流速、剪切条件和串联数量都要一起核算。相同的泵速,放进不同几何结构里,细胞感受到的剪切未必一样,这也是复杂模型需要做流路设计的原因。

如果你正在把静态 Transwell 或 3D 培养往动态模型推进,可以先把手上的问题拆成三件事:界面要不要气液分开,流路要不要有方向,另一个组织是否必须加入。答案清楚了,再选培养腔和泵,通常比从型号表倒着找更省时间。

IVTech 5D 体外模型平台由普瑞麦迪(北京)实验室技术有限公司负责国内相关产品与服务沟通。具体配置、接口方向、膜规格及压力条件按项目方案确认。

以上均为科研应用方向,具体用途和合规边界按厂家资料及项目要求确认。

关于普瑞麦迪
普瑞麦迪(北京)实验室技术有限公司做生命科学前沿设备和技术方案:3D 生物打印(CELLINK)、3D 细胞培养与类器官(OLS)、高密度微电极阵列(3Brain)、多肽合成(GPT/PTI)、分子互作与活细胞结合分析(BI),以及抗体与蛋白纯化(i3 Membrane)。作为多个国际品牌的中国区合作伙伴,我们提供售前选型、装机培训和后续技术支持。

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