美國flocel人類腦血管模擬系統

flocel該多功能血管模擬系統是一種基于涂覆蛋白中空纖維管內外側接種細胞或直接對接ren工血管、或真實血管,配套心臟脈動流泵,可用來模擬腦血管/毛細血管/神經血管/毛細血管-小靜脈等體外血管微環境系統，可以長期培養。

人類腦血管模擬系統

該系統原理機制
計算機程控的四通道脈動流泵對3D結構的中空纖維管及其上細胞施加脈動等流(也可模擬流體jian切應力)作用，該纖維由允許蛋白質與纖維基質疏水結合的材料制成。被設計成涂有適當的基質蛋白，例如纖連蛋白、膠原蛋白、明膠或其他在接種到纖維內壁時促進內皮細胞附著的蛋白質。纖維的管腔中和纖維管外側可以接種不同細胞，
也可以直接在心臟脈動泵上對接ren工血管和真實血管來實現各種血管微環境模擬。可以進行長期血管微環境動態培養。

該系統體外細胞培養模塊包含一種*的中空纖維，該纖維由允許蛋白質與纖維基質疏水結合的材料制成。可使用 70%乙醇/水潤濕纖維以激活纖維并允許蛋白質附著。細胞培養模塊的推薦應用是在慢性流動或和jian切應力條件下培養內皮等細胞。它們被設計成涂有適當的基質蛋白，例如纖連蛋白、膠原蛋白、明膠或其他在接種到纖維內壁時促進內皮細胞附著的蛋白質。也可以使用標準細胞培養基中的 10% FBS 溶液。以這種方式附著的內皮細胞可以承受各種水平的可重復jian切應力，以進行長達 28 天或更長時間的長期培養。當在這些條件下生長時，內皮細胞的行為與在靜態培養中生長時非常不同。內皮細胞將平放，形成單層并朝向培養基流動方向，形成緊密連接。在慢性jian切應力下培養內皮細胞被認為是一個更生理的環境，更接近理想的體內條件。

我們開發了一種使中空纖維壁透明的新方法，以便于對管腔中的細胞進行成像。

美國flocel DIV-BBB模型（上圖）

小靜脈節段（上圖）

腦血管生理學的研究對于了解神經系統疾病的發病機制和藥物的藥代動力學至關重要。適當的體外模型通常不能代表體內生理學。為了解決這些問題，我們建議使用一種新的ren工血管系統，該系統密切模仿ren類腦血管系統的毛細血管和靜脈段，同時還允許對實驗變量及其操作進行廣泛控制。

系統的中空纖維內外側可以接種細胞，配套的心臟脈動流泵以及跨膜電阻測量儀可用于體外仿真腦血管、毛血管各種血管模擬仿真等、

使用中空纖維技術，我們修改了現有的血腦屏障 (BBB) (DIV-毛細血管) 動態ren工模型，以涵蓋腦循環系統的遠端毛細血管后 (DIV-小靜脈) 段。該ren工腦血管系統由串聯連接到小靜脈段的?BBB 模塊組成。泵產生脈動流，動脈壓力供給系統。毛細管模塊的灌注液達到與原位觀察到的水平相當的jian切應力、壓力和流速。內皮細胞暴露于流動和腔外星形膠質細胞刺激允許形成具有與體內相當的跨內皮電阻（TEER；> 700 ohm cm²）和蔗糖滲透性（< 1X10-u cm/sec）的高選擇性毛細血管 BBB .試圖重現小靜脈血流動力學微環境特征的小靜脈模塊被介質灌注，導致jian切應力和管腔內壓力水平低于毛細血管中的水平。由于細胞和血流動力學因素的改變，小靜脈段的血管床比 BBB 的血管床更不嚴格（TEER<250 ohm="">1X10-4 cm/sec）。外腔ren腦血管平滑肌細胞用于復制小靜脈外腔細胞組成。

DIV-BBB與小靜脈節段相結合所提供的*特征將切實擴展我們剖析和研究ren類腦血管網絡不同節段的生理和功能行為的能力。

圖 1 DIV 毛細血管模型的示意圖。 注意系統如何概括流變學和細胞學
相應的體內腦血管節段的特征

確定小靜脈 (n=19) 模塊以模擬體內相應腦血管節段的流變特性（跨壁壓力、流速和jian切應力）[23]。對于本文所示的實驗，流速在每分鐘 4.6 和 5.3 mL 之間。

請注意，當流量先通過毛細管，然后通過小靜脈段時觀察到顯著的壓力降低（參見圖 1B）。我們的數據顯示，透壁壓力和jian切應力與相應的體內觀察結果一致（見表 1）。

此外，計算機控制的泵送機制使我們能夠重現廣泛的灌注場景，每個場景都以不同水平的jian切應力、腔內壓力、搏動率為特征，以重現心跳/分鐘。

體外毛細血管系統可以模擬體內相應血管節段的流變學特征

圖 2A 顯示了血流動力學中發生的變化

與灌注有關的毛細血管和小靜脈段的剖面（透壁壓力和jian切應力）。

請注意，灌注速率的增加決定了顯著

毛細血管段的jian切應力 (dynes/cm2) 和壁內壓力 (mmHg) 成比例增加（圖 2A - 左圖；紅點）。表 1 顯示了體內和體外參數之間的比較。

在小靜脈段中測量的相應jian切應力和壁內壓力的變化明顯不那么明顯（圖2A-左面板；藍點）。請注意（參見圖 2B），將毛細管模塊的管腔輸出連接到小靜脈的管道不會影響流動的流變特性。這通過比較后毛細管段（后 CAP）與前靜脈（前 VEN）壓力值來顯示。因此，從血流動力學的角度來看，這兩個模塊表現為一個連續的血管系統，但在體內表現出不同的毛細血管和毛細血管后流變特征。

表 1 并排比較體外與體內測量的流變參數

（圖1）

圖 2 DIV 毛細管-小靜脈系統的流變特性。 圖 A：毛細血管和小靜脈段在灌注方面的血流動力學曲線。 面板 B：請注意，毛細管腔和小靜脈腔之間存在模塊間連接器并沒有改變流動的流變曲線。 星號“*"表示毛細血管和小靜脈之間透壁壓的統計學顯著差異（n=4；p<0.05）。

（圖2）

圖 3 體外毛細血管和小靜脈血管床的并排比較。面板 A：注意與小靜脈（低 TEER）相比，毛細血管系統如何允許形成非常嚴格的血管床（高 TEER）。 （面板 B）。另請注意，在小靜脈水平的jian切應力下建立的毛細血管段和暴露于毛細血管jian切應力水平的 enules 模塊形成了相當低的嚴格屏障，這表明腔外星形膠質細胞和高jian切應力水平對于發展緊密的血管床是必要的（圖 C）TEER毛細血管和小靜脈模塊中的蔗糖滲透性相關性。 sigmoid 曲線象征著 TEER 和我們之前確定的滲透率之間的理想相關性 [55]。注意毛細血管（滲透性較低）和小靜脈（滲透性*）之間的 ≈ 2 個數量級的差異。毛細管模塊中形成的更嚴格的血管床可以根據辛醇-水分配系數 (XlogP) 區分藥物滲透性，其選擇性明顯高于小靜脈（圖 D）。星號“*"表示有統計學意義的差異（n=4；p<0.05）。

流速和jian切應力：

計算纖維管腔側jian應力的公式為：

T = (4ηQ/πR3)
其中：

T = jian切應力（達因/cm

²）
η = 粘度（達因秒/cm²）
Q = 流體流速（毫升/秒/纖維）
R = 內半徑
含有 10% FBS 的細胞培養基的粘度約為 0.008 dyne sec/cm，
- 流體流速必須從 ml/min 轉換為 ml/sec，

- 模塊中有 19 根纖維，因此流體流量必須除以 19，
- 光纖內半徑為 300μm (0.03 cm)，因此 R3 = 0.000027，
- 每根纖維 1 毫升/分鐘的流速 = 0.0167 毫升/分鐘，
20 毫升/分鐘的jian切應力 = 3.95 達因/厘米

我們的技術超越Endohm細胞培養室和Transwell細胞培養產品，但也能與它們兼容：

系統組成部分及功能參數：

1、中空纖維柱、ren工血管、真實血管

該纖維由允許蛋白質與纖維基質疏水結合的材料制成。可使用 70% 乙醇/水潤濕纖維以激活纖維并允許蛋白質附著。它們被設計成涂有適當的基質蛋白，例如纖連蛋白、膠原蛋白、明膠或其他在接種到纖維內壁時促進內皮細胞附著的蛋白質。纖維的管腔中和纖維管外側可以接種細胞

特點：

•可控的內腔與管腔體積比

•緊湊的尺寸(只有2.75英寸長)

•電極內置在盤盒中。

優勢：

•與真實體內的體積比相當

•減少所需細胞的數量

•跨內皮電阻（TEER）測量很容易執行

•盤盒為一次性使用，無需重裝。

•成本低

規格（如果標準版不滿足，可定制）：

•疏水性的毛細管Accurel® PP Q3/2

•跨毛細管間孔隙: 0.2 µm

•中空纖維數量: 19根

•內腔總內容積: 0.0123 in3 = 0.202 cm3

•管腔的總內表面積: 2.09 in2 = 13.5 cm2

•腔外空間的容積 (細胞外液ECS): 0.070 in3 = 1.15 cm3

•ECS中中空纖維的總面積: 3.50 in2 = 22.6 cm2

2、跨內皮電阻測定組件（TEER Measurement System）

TEER 測量的特征

· 可同時測量多達四個模塊的阻抗和相角

· 用戶自定義頻率掃頻范圍為1hz - 5000hz，分辨率為0.1 Hz。

· 帶有自動觸發器的用于樣品間隔記錄的定時功能

· 峰值與峰值的激發電壓在5 mV - 60 mV之間，分辨率為0.1 mV

· 將測試參數、時間戳和數據自動保存到.xls或.csv文件中

· 跨內皮電阻(TEER)測量

跨內皮電阻（TEER）測定為血腦屏障的完整性提供了一個快速簡捷的評價模型。該動態體外血腦屏障模型有與體內血腦屏障相近的跨內皮電阻，可達到＞1000 Ω-cm²， 而與之相對，單層模型通常只有＜200 Ω-cm²。

特點
●跨內皮電阻測定范圍：＞1000 Ω-cm²
●可在多重頻率下測定阻抗
●低電壓設定：大60mV
●可對4個裝置進行自動多重處理
●USB接口

3、四通道脈動流泵-基于計算機程控的心臟脈動流泵

Flocel四通道灌流泵模擬心臟的脈動動作。四元泵包含四個小型、易于配置的脈動泵，能夠持續流過DIV-BBB模型。每個泵都是單獨控制的，允許進行多達四個獨立的實驗

特點:

四個濾筒的流量和泵速是獨立控制的。

外部24 VDC墻壁插入式電源

系統從其軟件接收程序命令

好處:

該系統支持四個獨立的實驗。

它將保育箱內的熱量降至

個線性致動器的規格

泵速:0-100 BPM

流速:0.1–50毫升/分鐘，取決于客戶的規格

外部+24伏直流電源

功耗:7.5瓦

重量:5.8盎司

4、程控電腦軟件

Flocel系統用尸通過系統自簾的DIV-BBB 軟件包進行操作， 為TEER和蠕動泵的測試參數的動態修改提供了一個直現的界面。TEER用戶界面顯示了原胎數據輸出、頻率、時間等參額選擇。蠕動泵的用戶界面通過允許每個獨立的泵頭選擇流速和不同的正litE）皮形，簡化了設置四個j刷刷霍j主通道的任務。

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