細(xì)胞流體剪切應(yīng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上限（≤35 dynes/cm²）主要基于生理學(xué)依據(jù)，即模擬人體內(nèi)常見細(xì)胞的實(shí)際力學(xué)環(huán)境，因?yàn)轶w外細(xì)胞流體剪切應(yīng)力刺激設(shè)備是為了模擬這些生理或病理?xiàng)l件而設(shè)計(jì)的，超出此范圍的應(yīng)力可能導(dǎo)致細(xì)胞損傷或非生理反應(yīng)。若研究涉及超生理應(yīng)力（如醫(yī)療器械測(cè)試），但仍需謹(jǐn)慎解讀數(shù)據(jù)的生理相關(guān)性。

一、35 dynes/cm²上限的生理與技術(shù)依據(jù)

1. 生理環(huán)境匹配

   · 血管內(nèi)皮細(xì)胞：生理層流剪切力通常在10-30 dynes/cm²（動(dòng)脈）和1-6 dynes/cm²（靜脈）。例如，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）在10-15 dynes/cm²下可維持穩(wěn)態(tài)，而動(dòng)脈粥樣硬化病理區(qū)域的震蕩流常<4 dynes/cm²。

   · 骨細(xì)胞：骨陷窩內(nèi)生理剪切力僅0.8-3 dynes/cm²，體外實(shí)驗(yàn)超過20 dynes/cm²會(huì)誘導(dǎo)異常鈣信號(hào)。

2. 細(xì)胞耐受性

   · 高剪切力（>35 dynes/cm²）易導(dǎo)致細(xì)胞脫落或膜損傷，尤其對(duì)粘附力較弱的細(xì)胞（如干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞）。

   · 微流控設(shè)備中，高剪切力需低通道高度（如0.1 mm），但會(huì)引發(fā)營(yíng)養(yǎng)供給不足和流場(chǎng)不均。

二、不同細(xì)胞類型的剪切應(yīng)力響應(yīng)范圍

以下為關(guān)鍵細(xì)胞類型的實(shí)驗(yàn)與生理剪切力范圍：

關(guān)鍵說明：

·        內(nèi)皮細(xì)胞：低剪切應(yīng)力（<4 dynes/cm²）上調(diào)炎癥因子（如IL-8），而動(dòng)脈級(jí)應(yīng)力（15-25 dynes/cm²）抑制炎癥并增強(qiáng)屏障功能。

·        干細(xì)胞分化：力學(xué)信號(hào)與生化因子協(xié)同作用。例如，15 dynes/cm²聯(lián)合VEGF可顯著提升大鼠BMSCs的內(nèi)皮分化效率。

·        病理響應(yīng)：肝星狀細(xì)胞在20 dynes/cm²下高表達(dá)MMP-2，促進(jìn)肝纖維化；而6 dynes/cm²則抑制活化。

三、超出35 dynes/cm²的例外場(chǎng)景

1. 病理高剪切力

   · 狹窄血管：局部湍流剪切力可達(dá)100-1000 dynes/cm²，但此類應(yīng)力在體外難穩(wěn)定模擬，且直接導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

   · 技術(shù)限：ibidi系統(tǒng)雖標(biāo)稱200 dynes/cm²，但需0.1 mm通道高度，實(shí)際應(yīng)用中細(xì)胞易因缺氧/機(jī)械損傷死亡。

2. 特殊研究需求

   · 骨細(xì)胞鈣響應(yīng)：部分研究使用70 dynes/cm²，但響應(yīng)細(xì)胞比例隨應(yīng)力升高而下降（>30 dynes/cm²時(shí)響應(yīng)率<20%）。

? 總結(jié)：設(shè)計(jì)上限的科學(xué)邏輯

35 dynes/cm²的設(shè)定本質(zhì)是生理相關(guān)性與技術(shù)可行性的平衡：

· 生理覆蓋：涵蓋90%以上人體細(xì)胞的力學(xué)微環(huán)境（血管、骨、肝等）；

· 細(xì)胞耐受：避免高應(yīng)力導(dǎo)致的非特異性損傷；

· 技術(shù)穩(wěn)定：確保流場(chǎng)均勻性和實(shí)時(shí)觀測(cè)兼容性。

若研究涉及超生理應(yīng)力（如醫(yī)療器械測(cè)試），需選擇專用系統(tǒng)（如Naturethink支持100 dynes/cm²），但仍需謹(jǐn)慎解讀數(shù)據(jù)的生理相關(guān)性。

· 技術(shù)限：ibidi系統(tǒng)雖標(biāo)稱200 dynes/cm²，但需0.1 mm通道高度，實(shí)際應(yīng)用中細(xì)胞易因缺氧/機(jī)械損傷死亡。

? 總結(jié)：設(shè)計(jì)上限的科學(xué)邏輯

35 dynes/cm²的設(shè)定本質(zhì)是生理相關(guān)性與技術(shù)可行性的平衡：

· 生理覆蓋：涵蓋90%以上人體細(xì)胞的力學(xué)微環(huán)境（血管、骨、肝等）；

· 細(xì)胞耐受：避免高應(yīng)力導(dǎo)致的非特異性損傷；

· 技術(shù)穩(wěn)定：確保流場(chǎng)均勻性和實(shí)時(shí)觀測(cè)兼容性

ibidi剪切應(yīng)力受限于通道高度，剪切力范圍受限：雖標(biāo)稱0.01–200 dynes/cm²，但實(shí)際應(yīng)用中，低通道高度載玻片（如0.1 mm）雖可實(shí)現(xiàn)高剪切力，卻易導(dǎo)致細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)匱乏；高通道（0.8 mm）則難以生成低于2 dynes/cm²的生理性低剪切力。

ibidi系統(tǒng)雖標(biāo)稱200 dynes/cm²，實(shí)為無(wú)用的噱頭，因?yàn)椋?/span>

1、35 dynes/cm²上限的設(shè)定本質(zhì)是生理相關(guān)性與技術(shù)可行性的平衡。

   詳解見《細(xì)胞流體剪切應(yīng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上限（≤35 dynes/cm²）原因》部分

2、ibidi系統(tǒng)剪切應(yīng)力大小依賴其耗材芯片，ibidi系統(tǒng)雖標(biāo)稱可以大于35 dynes/cm²，但需0.1 mm通道高度，實(shí)際應(yīng)用中細(xì)胞易因缺氧、營(yíng)養(yǎng)匱乏/機(jī)械損傷死亡。

3、ibidi系統(tǒng)高通道（0.8 mm）則難以生成低于2 dynes/cm²的生理性低剪切力