生命科學(xué)儀器: 微生物細(xì)胞培養(yǎng)儀器芯片

為什么心肌細(xì)胞iPS-CM培養(yǎng)需要品牌制造商北京基爾比細(xì)胞微重力回轉(zhuǎn)儀？

時(shí)間：2025/11/22閱讀：36

Kilby Gravity是北京基爾比生物科技公司研發(fā)的微重力培養(yǎng)系統(tǒng)，主要用于模擬太空微重力環(huán)境，研究細(xì)胞和組織在低剪切力條件下的生長(zhǎng)特性?。該系統(tǒng)通過(guò)三維旋轉(zhuǎn)技術(shù)創(chuàng)造接近太空的微重力環(huán)境，支持類器官、細(xì)胞聚集體等三維結(jié)構(gòu)的形成，并廣泛應(yīng)用于航天醫(yī)學(xué)、慢性傷口修復(fù)等研究領(lǐng)域。

（一）人 iPSC → 心肌細(xì)胞（iPS-CM）詳細(xì)分化流程

預(yù)處理階段（Day ?3 ~ Day 0）

使用 Essential 8™ Flex 培養(yǎng)基（Thermo A2858501），每日換液。維持細(xì)胞高密度（約 100 % 融合度）至 Day 0，確保未分化狀態(tài)良好。

Day 0：微消化 + 啟動(dòng)分化

吸去舊培養(yǎng)基，用 1 mL D-PBS 沖洗一次。
加入 1 mL 0.5 mM EDTA/D-PBS，37 °C 孵育 35 秒，輕叩培養(yǎng)板使約 10 % 細(xì)胞脫落。
吸去 EDTA 溶液，直接加入 2 mL 分化培養(yǎng)基：
RPMI 1640 + B27 minus insulin（A1895601）
6 µM CHIR99021（GSK-3β 抑制劑）
10 ng/mL Activin A
0 µg/mL 抗壞血酸（Sigma A4544）
不換液，細(xì)胞保持小簇狀態(tài)。

Day 1：換液（清除誘導(dǎo)因子）

吸去舊培養(yǎng)基，加入 2 mL 新鮮 RPMI 1640 + B27 minus insulin（不含 CHIR/Activin/Ascorbic）。

Day 2：第二脈沖（Wnt 抑制）

換液為 2 mL RPMI 1640 + B27 minus insulin + 10 µM IWR-1（Wnt 抑制劑，Tocrin 3532）。

Day 4：繼續(xù) Wnt 抑制

同上，換液為 2 mL RPMI 1640 + B27 minus insulin + 10 µM IWR-1。

Day 6：撤 IWR-1

換液為 2 mL RPMI 1640 + B27 minus insulin（不含 IWR-1）。

Day 8：轉(zhuǎn)入維持培養(yǎng)

換液為 2 mL 心肌維持培養(yǎng)基：RPMI 1640 + B27 plus insulin（A1895602）。每 2 天換液一次。

Day 9~10：觀察跳動(dòng)

出現(xiàn)自發(fā)搏動(dòng)細(xì)胞簇，跳動(dòng)面積 ≥20 % 視為分化成功。

Day 11：乳酸純化（選擇性存活）

換液為無(wú)葡萄糖 RPMI 1640 + B27 plus insulin + 4 mM 乳酸鈉（Sigma L7022）。持續(xù) 72 小時(shí)（至 Day 14），非心肌細(xì)胞逐漸死亡。

Day 14：恢復(fù)正常培養(yǎng)

換回心肌維持培養(yǎng)基（含葡萄糖），每 2 天換液。此時(shí)可獲得 ≥70 % 純度的 iPS-CM，可用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

單細(xì)胞傳代（可選，Day 11–14）

0.25 % Trypsin-EDTA 37 °C 消化 3–4 分鐘。
加入 10 µM Y-27632（ROCK 抑制劑）保護(hù)細(xì)胞，1:6–1:12 分盤。
重新貼壁后繼續(xù)心肌維持培養(yǎng)基培養(yǎng)。

成熟時(shí)間點(diǎn)

Day 14：c?/NKX2.5? ≥70 %（流式鑒定）。
Day 21–30：動(dòng)作電位、鈣瞬變、脂肪酸氧化能力成熟，可用于代謝、電生理、藥物毒性等實(shí)驗(yàn)。

成熟鑒定時(shí)間點(diǎn)

Day 14：c?/NKX2.5? 比例 ≥70 %（流式）。
Day 21–28：動(dòng)作電位、鈣瞬變、脂肪酸氧化能力接近成人心肌。
≥Day 30：可進(jìn)行代謝通量、電生理、藥物毒性測(cè)試。

關(guān)鍵質(zhì)量控制

起始 iPSC 核型正常、支原體陰性。
Day 0 微消化后細(xì)胞密度 60–70 % 最佳，過(guò)密易分化失敗。
CHIR99021 批次差異大，每批需預(yù)實(shí)驗(yàn)測(cè)毒性/活性曲線（4–8 µM 范圍內(nèi)）。
乳酸純化階段若出現(xiàn)大量漂浮細(xì)胞，可提前終止（48 h）。
長(zhǎng)期培養(yǎng) ≥Day 30 需改用 20 % FBS 的心肌維持培養(yǎng)基，防止細(xì)胞變薄脫壁。

依據(jù)上述流程，通常 14 天可獲得 ≥70 % 純度、自發(fā)搏動(dòng)的 iPS-CM；30 天達(dá)到功能成熟，可直接用于后續(xù)代謝表征、電生理或微重力實(shí)驗(yàn)。

（二）微重力對(duì)心肌細(xì)胞分化的正向影響

研究

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

機(jī)制提示

Rampoldi 等（2023）、Hwang 等（2023）

短期（≤10?天）空間微重力顯著上調(diào)心肌發(fā)育、收縮、鈣通道等 GO 項(xiàng)，提升心肌細(xì)胞比例和增殖率。

RNAseq 顯示心肌特異基因（NKX2.5、αactinin）表達(dá)提升；細(xì)胞周期基因（CCND2）上調(diào)。

Wang 等（2024）

3?天模擬微重力 + 3D 球體培養(yǎng)，使心肌細(xì)胞純度達(dá)到 99?%，產(chǎn)率比常規(guī) 1g 條件高 1.54 倍。

早期增殖/存活基因（YAP1、RELN）上調(diào)，細(xì)胞凋亡基因下調(diào)。

Forghani 等（2024）

14?天和 28?天培養(yǎng)中，SMG 組 NKX2.5、αactinin 陽(yáng)性率顯著高于對(duì)照，形態(tài)更成熟。

細(xì)胞骨架重排、細(xì)胞間黏附增強(qiáng)。

Fuentes 等（2015）

對(duì)成年心臟前體細(xì)胞（CPC）在模擬微重力下，心肌標(biāo)記基因（troponin T、MLC2v）表達(dá)上升；對(duì)新生兒 CPC 則出現(xiàn)去分化特征（miR99/100 下調(diào)、Oct4、MESP1 上調(diào)）。

微重力誘導(dǎo)的年齡依賴性表觀遺傳調(diào)控。

Bhatt 等（2024）、Han 等（2024）

微重力提升iPSCCM 中 YAP1、CCND2、RELN 等再生相關(guān)基因表達(dá)，改善細(xì)胞存活與再生潛能。

機(jī)械感知通路（HippoYAP）激活。

總體結(jié)論：在短期或適度的微重力刺激下，心肌前體細(xì)胞的增殖與分化效率普遍提升，關(guān)鍵心肌轉(zhuǎn)錄因子和結(jié)構(gòu)蛋白表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞死亡與炎癥信號(hào)被抑制。

（三）微重力可能的負(fù)向或抑制效應(yīng)

研究

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

說(shuō)明

Huang 等（2009）

模擬微重力（SMG）抑制大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（rBMSC）向心肌細(xì)胞的分化（βMHC、GATA4 表達(dá)下降）。

可能與細(xì)胞骨架張力降低、細(xì)胞黏附受損有關(guān)。

ELGRA 報(bào)告（2007）

微重力導(dǎo)致成熟心肌細(xì)胞（HL1）出現(xiàn)細(xì)胞骨架重排、黏附下降和凋亡增加；但心臟干細(xì)胞（CSC）在恢復(fù)重力后可重新增殖。

表明已分化的心肌細(xì)胞對(duì)微重力更敏感，干細(xì)胞具有一定恢復(fù)能力。

解釋：負(fù)向效應(yīng)多出現(xiàn)在已分化或成熟的心肌細(xì)胞、或在長(zhǎng)期（>2?周）持續(xù)微重力暴露后。細(xì)胞類型、培養(yǎng)基、重力強(qiáng)度和暴露時(shí)間是決定效應(yīng)方向的關(guān)鍵因素。

友情通知：

北京基爾比生物科技有限公司& Kirkstall Quasi Vivo 串聯(lián)多器官芯片&Kilby 微超重力模擬系統(tǒng)將參展2025年11月29日舉行的北京細(xì)胞生物學(xué)會(huì)2025學(xué)術(shù)年會(huì)，敬請(qǐng)關(guān)注！