RCCS-3D模擬微重力動態(tài)三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)由NASA發(fā)明？

? ? ? ?NASA工程師開發(fā)了在地球上提供“模擬微重力”的旋轉(zhuǎn)壁容器（RWV）生物反應(yīng)器。1模擬微重力培養(yǎng)的特點和實用性旋轉(zhuǎn)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)(rotatingcellculturesystemRCCS)是具有代表性的一種微重力反應(yīng)器,應(yīng)用較為普遍。 裝置的旋轉(zhuǎn)運動抵抗重力以將細胞保持在“模擬微重力”環(huán)境中。 在這些條件下，在旋轉(zhuǎn)壁血管內(nèi)生長的細胞聚集在一起形成與3D組織結(jié)構(gòu)相當?shù)?D多細胞結(jié)構(gòu)或團塊，青島市細胞培養(yǎng)，如果不同的細胞類型一起培養(yǎng)，甚至更多（7）。 該裝置在1993年工業(yè)生產(chǎn)，并且因為許多人已經(jīng)對用RWV獲得的3D培養(yǎng)物進行了重要研究。

? ? ? ?很快研究不是專門集中在微重力或力減少，重力矢量方向和**重力也是重力作為重力的增量重要。

? ? ? ?大多數(shù)這些培養(yǎng)實驗是在半固體（凝膠）培養(yǎng)基中開發(fā)的; 然而，具有液體水基介質(zhì)的生物反應(yīng)器在微重力方面顯示出另外的問題，介質(zhì)在任何內(nèi)壁表面上擴散，生活在空氣的中心氣泡中，或者介質(zhì)從壁移除而形成大的中心液滴，到?jīng)]有介質(zhì)的燒瓶的內(nèi)表面。從1993年到1996年，科學家與瑞典空間局合作，在空間研究了重力對非洲爪蟾早期發(fā)育的作用，表明在受精期間短時間的微重力和開始的幾分鐘的發(fā)展導致異常的軸形成。 此外，在微重力條件下，燒瓶中氣體和液相之間的氣體擴散不穩(wěn)定。在1997年大腸桿X菌巴貝拉-紀蓮博士開發(fā)的*一個細胞培養(yǎng)裝置沒有內(nèi)部氣相，所述的OptiCell的基礎(chǔ)上，使用呼吸膜（的控制的氣體擴散膜 ）（4）這些裝置避免所提到的空間的細胞培養(yǎng)的問題，并被NASA迅速采用，并且仍然用于許多空間生物實驗（5）（6）。

? ? ? ?從1993年到1996年，科學家與瑞典空間局合作，在空間研究了重力對非洲爪蟾早期發(fā)育的作用，表明在受精期間短時間的微重力和開始的幾分鐘的發(fā)展導致異常的軸形成。與之相比，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的工程組織不但可以很好地滿足臨床的需要，而且常常不需要長期的、昂貴的術(shù)后治X療，從而大大地降低了醫(yī)X療費用，符合現(xiàn)代醫(yī)X療體制對醫(yī)X療費用進行控制的要求。 在拋物線飛行火箭內(nèi)添加特殊的離心機可以區(qū)分飛行擾動和實際微重力的影響，顯示在微重力中受精的卵產(chǎn)生了囊胚的形態(tài)變化，但是這些胚胎恢復并恢復了地球的正常發(fā)育（8） 。 這些結(jié)果表明，需要更長的微重力才能真正地揭示對發(fā)展過程的影響。

? ? ? ?在20世紀90年代中期，哥倫比亞航天局進行了多次生物實驗，包括細胞培養(yǎng)，其中大多數(shù)在地球上制備，但在船員控制下在太空飛船上發(fā)育。RWVB轉(zhuǎn)壁式生物反應(yīng)器模擬微重力理論建立在無重力影響以及和失重相似的基礎(chǔ)上，三維旋轉(zhuǎn)模擬微重力通過持續(xù)在三維空間改變重力矢量，使細胞沒有足夠時間對這種變化作出反應(yīng)，稱之為重力矢量疊加技術(shù)。 由于這些實驗所需的專門技能和船員的任務(wù)**載，儀器被開發(fā)以自動執(zhí)行大多數(shù)任務(wù)，并從地球控制，如用于卵子受精的柱塞盒（9），用于*細胞的通用細胞激X活試劑盒1和2微重力環(huán)境（10）和骨X髓細胞成熟研究（11）。

1998年11月，美國航天局與俄羅斯空間計劃合作啟動**空間站（ISS）的裝配，僅僅五年后，軌道實驗室開始真正的科學操作，包括細胞生物學研究，開辟軌道環(huán)境研究的有前途的未來12）。

在2008年初，歐洲哥倫布實驗室組裝到攜帶Biolab模塊的ISS，其設(shè)計用于支持生物實驗，包括失重在細胞和組織培養(yǎng)中從單細胞到復雜細胞結(jié)構(gòu)的作用。 基于這些機會，正在開發(fā)用于小卵孵化，植物培養(yǎng)或支持昆蟲物種的特定硬件。

? ? ? ?較近，為了擴大研究機會和能力，已經(jīng)整合了細胞培養(yǎng)單位，以及用于嚙齒動物的高X力，通信鏈路和對棲息地的冷卻。2）高弦比容器（HARV）具有盤形培養(yǎng)室,其中氧合膜位于培養(yǎng)容器內(nèi)壁。 棲息地將為各種研究生物提供食物，水，光，空氣和廢物管理以及濕度和溫度控制。 常見的實驗室設(shè)備如顯微鏡，低溫冷凍器，輻射劑量計和質(zhì)量測量裝置也可以由ISS或地球上的船員操作，科學家將能夠發(fā)送命令到實驗室設(shè)備和監(jiān)測環(huán)境和特定棲息地內(nèi)的實驗參數(shù)（12，13，14，15） 由于這些實驗室已經(jīng)到位，已經(jīng)開發(fā)和驗證了許多“地球”儀器來模擬地球的空間條件，擴大研究情景以及這些特殊條件應(yīng)用于醫(yī)X藥和工業(yè)的可能性。 空間實驗設(shè)置的主要屬性是力接近零; 因此使用離心機允許增加和重定向載體，細胞培養(yǎng)應(yīng)用，使細胞培養(yǎng)物在強度和方向上暴露于不同的力。 這些領(lǐng)域的研究帶來了關(guān)于*系統(tǒng)細胞行為在微重力環(huán)境結(jié)合定向向量力（12）使用遠程控制細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器（Techshot，多標本可變重力平臺）的重要數(shù)據(jù)。 也已經(jīng)在組織工程中模擬微重力的可能應(yīng)用中的重要發(fā)現(xiàn)（17）。 自由落體技術(shù)已經(jīng)實施了PetakaG3缺氧minichamber，以產(chǎn)生微重力像3D細胞聚集在地球上。

RCCS與傳動靜態(tài)細胞培養(yǎng)的區(qū)別？

? ? ? ?Synthecon公司于1990年創(chuàng)立，創(chuàng)立者為NASA細胞研究計劃中的發(fā)明人。）三維旋轉(zhuǎn)微重力細胞培養(yǎng)系統(tǒng)主要包括以下幾個系列：1）RCCS-D一次性三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)。得到NASA的專利和技術(shù)轉(zhuǎn)移，細胞培養(yǎng)過程，重新設(shè)計了專利的RotaryCell Culture System (RCCS)，適用于基礎(chǔ)醫(yī)學、藥物研發(fā)和其他臨床的研究上。

? ? ? ?RCCS是一種顛覆傳統(tǒng)的三度空間微重力培養(yǎng)系統(tǒng)。

? ? ? ?生長其中的細胞或組織是以自由落體的狀態(tài)懸浮，沒有攪拌器、氣泡等破壞性壓力，故組織在培養(yǎng)液中得以自由降落、翻轉(zhuǎn)并與培養(yǎng)液充分混合，其容器內(nèi)各方向的力量達到平衡，所以細胞/組織不會受到單一方向的力量影響，可朝任意方向均勻生長，是市X面上X唯X一可使細胞自由生長分化，增加細胞增殖速率，減少細胞死亡和有效增加細胞產(chǎn)物分泌的系統(tǒng)。3部分系統(tǒng)使用第三方耗材，如培養(yǎng)瓶、培養(yǎng)管之類，無法保證材料的質(zhì)量，且通透性差。而且，相比其他的三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，Synthecon的RCCS系統(tǒng)可以克服長期困擾三維細胞培養(yǎng)的內(nèi)生(ingrowth)不足的限制，從而可以真正用來培養(yǎng)工程組織(engineered tissue)，使之用于藥物、醫(yī)學研究及再生醫(yī)學、細胞療法。

RCCS-3D模擬微重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)培養(yǎng)容器應(yīng)該以什么速度旋轉(zhuǎn)？ ?

? ? ? ?沒有固定的標準速度，主要這取決于細胞聚合體的大小和其自身的重量。微重力反應(yīng)器源自美國航空航天局，是一種水平旋轉(zhuǎn)的、無泡的旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)儀，可以提供模擬微重力環(huán)境，具有充分的氧和營養(yǎng)物質(zhì)的交換、三維立體結(jié)構(gòu)、低剪切力和*特的流體力學特征等優(yōu)點。當RCCS-3D模擬微重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)容器轉(zhuǎn)動時，隨著細胞的不斷生長、聚集，其聚合體的下墜趨勢也在不斷增加。 根據(jù)斯托克斯方程，沉降速率隨著細胞聚合體半徑的平方而增加。因此，隨著細胞聚合體體積增加，三維細胞培養(yǎng)，它們沉降的更迅速，有必要增加旋轉(zhuǎn)速度。因此，一開始使用RCCS-3D模擬微重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，可能以慢速旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)，當細胞聚合體在體積上增長并且變得可見，再增加旋轉(zhuǎn)的速度。

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