研究表明，微重力暴露对人体有影响，例如抑制免疫细胞活性。这种现象也影响癌细胞迁移。利用这一事实可以导致鉴定转移性癌细胞的新治疗靶标。在这篇博客文章中，我们将讨论研究团队如何使用ComsolMultiphysics®软件来设计一种培养系统来研究微重力的癌细胞迁移。
研究微重力对转移性癌细胞的影响
微重力例如，例如“落在地球”的卫星之类的物体，实际上永远不会到达其表面。在这种情况下，确实存在重力和重量，但在尺度上不能测量。有些人将其称为零重力。
将微重力的条件应用于某些系统和过程，使科学家能够对它们进行研究，而无需考虑诸如静水压力和沉降等效果。通过研究暴露于微重力条件的生物学过程，我们可以推进与组织工程，干细胞研究，疫苗开发等相关的技术。
微重力证明有用的一个领域是癌症研究。从以前的研究中，我们知道，微重力暴露会抑制免疫细胞活性并改变基因组和蛋白质组学表达。因此，科学家正在研究这些变化是否也影响癌症的发展。目的是通过影响转移性癌细胞的迁移以及其活性来找到新颖的治疗靶标。
SUNY理工学院和SpacePharma，Inc。的一个研究团队联合起来开发了一种培养系统，以测试微重力如何影响转移性癌细胞迁移。该系统将重力分离为实验变量，从而确定其对地球正常重力中细胞功能的贡献。考虑到地球重力中培养系统的行为，最初将提供有关如何将微重力条件用于实验室规模实验的洞察力。模拟技术最终将被翻译并用于低地轨道（LEO）内的太空飞行实验。
在芯片（左）和CAD表示（右）上执行细胞培养芯片实验的设置。A. Dhall，T。Masiello，L。Butt，M。Strohmayer，M。Hemachandra，N。Tokranova和J. Castracane的图像乐动滚球app下载Comsol会议2016波士顿海报。
在地球正常重力中运行这些微重力实验可能很困难，并且需要强大的系统设计。CFD模拟是帮助理解此问题，增加良好设计并优化操作和流动条件的一种方法。
设计一个系统以分析微重力中的癌细胞迁移
首先，让我们仔细研究细胞培养系统，该细胞培养系统将人类癌细胞（包含在细胞培养室中）暴露于微重力条件下。为了增加细胞维护过程中的细胞数量，该系统通过媒体入口提供增长媒体。该系统还可以通过将细胞数量减少，并避免过度拥挤。胰蛋白酶并冲洗它们。该系统中的另一个关键要素是影响细胞迁移的趋化剂。
培养系统的初始设计。A. Dhall等人的图像。并取自他们的2016年波士顿海报的Coms乐动滚球app下载ol会议。
为了进行培养系统的初步分析，研究团队使用了两个接口：
- 这单相流界面，模拟层次条件下细胞生长培养基的流动
- 这稀释物种的运输界面，研究趋化因子（EGF）的运输（扩散和对流）
使用时单相流界面，当外部通道用细胞生长培养基冲洗时，该团队测试了回流进入细胞培养箱。从他们的结果来看，研究人员发现，使用阀门或喷嘴 - 喷嘴流量可以帮助避免回流。
细胞培养系统中的潜在回流是由于培养基通过培养基的外部通道而引起的。A. Dhall等人的图像。并从他们的乐动滚球app下载Comsol会议2016波士顿演讲。
模拟还用于计算所选工作条件下的最佳流速范围。在这些研究中，研究人员将培养基系统修改为包含三个腔室，如下所示。
带有三个腔室的修改文化芯片系统。A. Dhall等人的图像。并取自他们的2016年波士顿演讲的Coms乐动滚球app下载ol会议。
检查comsolMultiphysics®中的仿真结果
下面显示的结果表明，当内腔的流动小于或等于来自外室的流动时，细胞生长培养基不会泄漏到外室中。但是，随着进入内室的流动增加，内室内的介质向外散布，最终通过第三个通道泄漏到外室。
三腔芯片的最佳流速范围。在这些图中，研究人员改变了内部腔室中输入速度的比率（v我知道了）到外室中输入速度（vOC）并可视化结果流。A. Dhall等人的图像。并取自他们的2016年波士顿演讲的Coms乐动滚球app下载ol会议。
在下图中，外室中的流动与内室中的流动相反。结果是细胞生长介质通过所有通道泄漏。使用他们了解泄漏的信息，团队可以改善细胞培养芯片的设计。
当细胞生长培养基的流动具有相等且反平行输入速度时，细胞培养芯片系统中的泄漏。A. Dhall等人的图像。并从他们的乐动滚球app下载Comsol会议2016波士顿纸。
最终模拟是趋化剂沿梯度扩散的。趋化剂的初始浓度为0.04 mm，并且通过0.6毫米的迁移通道行驶。模拟此迁移表明，研究人员可以在实际的时间范围内建立梯度，以进行细胞迁移实验。
趋化剂随时间的扩散。A. Dhall等人的图像。并取自他们的2016年波士顿演讲的Coms乐动滚球app下载ol会议。
分析癌细胞迁移的下一步
设计功能性培养系统是成功研究微重力条件下癌细胞迁移的关键，从而确定了细胞播种行为的新治疗靶标。将来，研究小组计划通过研究细胞生长培养基和化学吸收剂的相互作用来增强他们的研究。
阅读有关模拟医疗用途的更多信息
- 看看研究人员的原始作品：“”模拟流经培养基的流体流量以进行微重力的细胞迁移研究“
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