采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法与流程

文档序号:19376156发布日期:2019-12-10 23:53阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,包括:

步骤s1,对包裹心肌细胞的整体凝胶施加力刺激,以采集心肌细胞的伸展和迁移数据;

步骤s2,取整体凝胶的局部,并对局部凝胶施加力-电耦合式刺激,以采集心肌细胞收缩力和收缩频率数据;以及

步骤s3,降解凝胶得到细胞悬液,以采集细胞悬液的参数数据。

2.根据权利要求1所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

步骤s1中对包裹心肌细胞的整体凝胶施加力刺激,以采集心肌细胞的伸展和迁移数据的方法包括:

采用力刺激加载装置对整体凝胶施加预设的应变力加载,包括拉伸应力、挤压应力、剪切应力或扭切应力中的一种或几种,并持续力加载4h-72h时间后,通过定时间隔显微摄像技术检测心肌细胞的伸展和迁移情况,并记录心肌细胞的伸展和迁移数据。

3.根据权利要求1所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

步骤s2中取整体凝胶的局部,并对局部凝胶施加力-电耦合式刺激,以采集心肌细胞收缩力和收缩频率数据的方法包括:

采用力刺激加载装置对局部凝胶同时施加预设的拉伸应力、挤压应力和扭转力加载,并持续力加载4h-72h时间,并同时采用插入式微电极插入局部凝胶内对心肌细胞进行电刺激,通过力-电耦合式加载方式检测心肌细胞收缩力和收缩频率,并记录心肌细胞收缩力和收缩频率数据。

4.根据权利要求1所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

步骤s3中降解凝胶得到细胞悬液,以采集细胞悬液的参数数据的方法包括:

对局部凝胶和整体凝胶的剩余部分分别进行降解,将心肌细胞从凝胶内洗脱出来,得到细胞悬液,然后根据得到的细胞悬液检测细胞悬液的参数数据;

其中参数数据包括:细胞膜上的多种黏着斑蛋白的再分布情况,以及gata-4、fi-actin,β-mhc、nkx2.5、cx43、ctnt蛋白的表达量。

5.根据权利要求1所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法还包括:

步骤s4,取多块整体凝胶,对各块整体凝胶分别重复步骤s1-s3,且对每块整体凝胶和从各整体凝胶取得的局部凝胶施加不同的预设应变力。

6.根据权利要求2或3所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述力刺激加载装置包括:

容纳体、拉伸机构和扭转机构;其中

所述容纳体适于容纳包裹心肌细胞的凝胶,且采用非刚性材料;

所述拉伸机构适于从容纳体的相对两侧拉伸或挤压容纳体,以对凝胶施加拉伸应力、剪切应力或挤压应力;以及

所述扭转机构适于扭转容纳体,以对凝胶施加扭切应力。

7.根据权利要求6所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述容纳体包括:上盖板和下盖板,且上、下盖板的两侧分别通过一卡罩相连;

上盖板和下盖板均为弹性橡胶材料;

所述上盖板的内表面上间隔设置有若干第一凸起部;以及

所述下盖板的内表面上间隔设置有若干第二凸起部。

8.根据权利要求6所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述容纳体包括:上盖板和下盖板,且上盖板的一侧通过一连接卡罩与拉伸机构相连,下盖板的一侧通过另一连接卡罩与拉伸机构相连;

上盖板和下盖板均为弹性橡胶材料;

所述上盖板的内表面上间隔设置有若干第一凸起部;以及

所述下盖板的内表面上间隔设置有若干第二凸起部。

9.根据权利要求7或8所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述拉伸机构包括:分别对称设置在所述容纳体相对两侧的丝杆机构;

所述丝杆机构包括:丝杆电机、传动轴、丝杆和螺母;其中

所述丝杆穿设所述螺母,且一端通过所述传动轴与所述丝杆电机相连;

所述丝杆的另一端与所述卡罩相连;

各丝杆电机适于分别驱动相应的丝杆以远离或朝向卡罩的方向移动,以从凝胶的相对两侧拉伸或挤压所述凝胶;以及

各丝杆电机适于分别驱动相应的丝杆以远离相应连接卡罩的方向移动,从两侧分别拉伸上盖板和下盖板,以对位于容纳体内的凝胶施加剪切应力。

10.根据权利要求9所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述扭转机构通过一上夹板位于所述上盖板上,且包括:扭转电机和扭转组件;其中

所述扭转组件包括:壳体,中心齿轮,与该中心齿轮相啮合的若干行星齿轮,以及与各行星齿轮相啮合的外围轮圈;

所述扭转电机的输出轴与所述中心齿轮相连;

所述外围轮圈固定在所述上夹板上;

所述中心齿轮的齿轮轴和各行星齿轮的齿轮轴固定在所述壳体上;

所述扭转电机适于驱动中心齿轮带动各行星轮转动,以带动所述外围轮圈转动,从而通过上夹板带动上盖板转动,进而对凝胶施加扭切应力。

11.根据权利要求10所述的采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,其特征在于,

所述扭转机构通过一上夹板位于所述上盖板上,且包括:扭转电机和扭转组件;其中

所述扭转组件包括:壳体,中心齿轮,与该中心齿轮相啮合的若干行星齿轮,以及与各行星齿轮相啮合的外围轮圈;

所述扭转电机的输出轴与所述中心齿轮相连;

各行星齿轮的齿轮轴固定在所述上夹板上;

所述中心齿轮的齿轮轴和外围轮圈固定在所述壳体上;

所述扭转电机适于驱动中心齿轮带动各行星齿轮公转运动,以带动各行星齿轮的轴架运动,进而通过上夹板带动上盖板转动,从而对凝胶施加扭切应力;以及

所述上夹板的直径小于外围轮圈的直径。


技术总结
本发明涉及医工交叉领域,具体涉及采用力刺激方式进行心肌细胞体外功能测试与调控的方法,包括:步骤S1,对包裹心肌细胞的整体凝胶施加力刺激,以采集心肌细胞的伸展和迁移数据;步骤S2,取整体凝胶的局部,并对局部凝胶施加力‑电耦合式刺激,以采集心肌细胞收缩力和收缩频率数据;以及步骤S3,降解凝胶得到细胞悬液,以采集细胞悬液的参数数据;本发明的方法通过力刺激加载装置对整体凝胶施加应变或应力,经过对细胞的生长观测后,再经挑选对局部凝胶同时施加拉伸应力、挤压应力和扭切应力,使心肌细胞能够通过细胞膜上的力敏感离子通道感受细胞微环境中的静态和动态力学刺激,激活细胞膜上的电生理和细胞内的生物化学响应,这对调控心肌细胞的结构和功能起到非常重要的作用。

技术研发人员:施媛萍;朱晓璐;王郑;尹曦;印强
受保护的技术使用者:常州市第一人民医院;河海大学常州校区
技术研发日:2019.09.16
技术公布日:2019.12.10
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