模擬失重環(huán)境（如空間微重力或地面模擬失重）下的細胞培養(yǎng)，核心是通過技術手段抵消重力對細胞的影響，還原失重狀態(tài)下細胞的生長、分化及功能響應。貼壁細胞與懸浮細胞因生長特性差異，需采用針對性的培養(yǎng)方案，核心圍繞 “重力抵消”“環(huán)境適配”“細胞活性維持” 三大關鍵目標展開。
一、模擬失重環(huán)境的核心技術手段
1. 回轉式生物反應器（RWV/SRV）
通過水平旋轉產(chǎn)生的離心力抵消重力，使細胞處于持續(xù)懸浮的 “動態(tài)失重” 狀態(tài)。反應器內壁光滑無攪拌槳，避免剪切力損傷細胞，同時保證營養(yǎng)物質與代謝廢物均勻擴散。適用于貼壁細胞（需結合微載體）與懸浮細胞的長期培養(yǎng)，是目前應用最廣泛的地面模擬失重技術。
2. 隨機定位機（RPM）
通過三維隨機旋轉改變細胞的重力矢量方向，使細胞在統(tǒng)計意義上處于 “平均失重” 狀態(tài)。設備可調節(jié)旋轉速度與角度范圍，適配不同細胞的耐受度，無需微載體即可實現(xiàn)貼壁細胞的脫壁懸浮培養(yǎng)，適合短期動態(tài)觀察與機制研究。
3. 磁懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)
利用強磁場產(chǎn)生的磁力抵消細胞重力，使細胞懸浮于培養(yǎng)基中。該方法無機械旋轉，剪切力極低，適合對力學敏感的細胞（如干細胞、脆弱懸浮細胞），但需使用磁性標記或磁性培養(yǎng)基，可能對部分細胞功能產(chǎn)生影響，應用場景相對受限。
4. 平板傾斜法（簡易模擬）
通過將培養(yǎng)皿 / 瓶以極低角度（1°-3°）緩慢傾斜，減少細胞與基質的重力依賴性接觸，模擬輕度失重環(huán)境。設備要求簡單、操作便捷，適合初步探索性實驗，但模擬效果有限，無法實現(xiàn)長期穩(wěn)定的失重狀態(tài)還原。
二、貼壁細胞的模擬失重培養(yǎng)方法
貼壁細胞依賴基質附著生長，模擬失重需先打破其貼壁依賴，再通過失重技術維持懸浮狀態(tài)，同時避免細胞損傷。
1. 預處理與接種準備
細胞脫壁：采用溫和消化法（0.05% 胰酶 + EDTA，37℃孵育 2-3 分鐘），避免過度消化導致細胞膜損傷，消化后用含血清培養(yǎng)基終止反應，離心收集細胞并調整濃度至 1×10?-5×10? cells/mL。
微載體適配：選擇生物相容性好的微載體（如明膠微載體、聚賴氨酸修飾微載體），粒徑 100-300μm，提前用培養(yǎng)基浸泡水化，與細胞懸液按 1:10（微載體質量：細胞數(shù)量）比例混合，確保細胞均勻吸附于微載體表面。
2. 失重培養(yǎng)操作流程
設備選擇：優(yōu)先使用 RWV 反應器，將混合微載體與細胞的培養(yǎng)基注入反應器，填充率控制在 80%-90%，避免氣泡產(chǎn)生（氣泡會增加剪切力）。
參數(shù)設置：旋轉速度根據(jù)微載體粒徑調整（10-60 rpm），以微載體不沉降、不貼壁為標準；溫度維持 37℃，CO?濃度 5%，通過反應器透氣膜或氣體交換模塊保障溶氧（DO≥50%）。
傳代與換液：每 24-48 小時更換 50% 培養(yǎng)基，補充營養(yǎng)與去除代謝廢物；細胞密度達到 1×10? cells/mL 時，按 1:2 比例稀釋傳代，或更換更大容積反應器。
3. 關鍵控制要點
避免微載體聚集：定期輕輕搖晃反應器（每日 1-2 次），或添加 0.1%-0.5% Pluronic F-68 抗聚團劑，防止微載體粘連導致細胞營養(yǎng)供應不足。
維持細胞 - 微載體吸附：確保微載體表面修飾充分，培養(yǎng)基中血清濃度不低于 5%，提供細胞黏附所需的黏附因子，避免細胞脫附流失。
三、懸浮細胞的模擬失重培養(yǎng)方法
懸浮細胞無需基質附著，模擬失重的核心是減少重力導致的沉降與聚團，維持細胞在培養(yǎng)基中的均勻分布，同時降低力學損傷。
1. 接種與培養(yǎng)基優(yōu)化
細胞準備：離心收集對數(shù)期懸浮細胞（活力≥90%），用無血清或低血清專用培養(yǎng)基（如 HEK293F 專用培養(yǎng)基）調整濃度至 2×10?-1×10? cells/mL，避免高濃度接種導致聚團。
培養(yǎng)基適配：添加抗聚團劑（0.2%-0.5% Pluronic F-68）與適量生長因子（如 EGF、胰島素），提高細胞抗應激能力；調整培養(yǎng)基黏度（添加 0.1%-0.3% 羥乙基纖維素），輔助細胞懸浮，減少沉降。
2. 失重培養(yǎng)操作流程
設備選擇：短期實驗（≤72 小時）可用 RPM 隨機定位機，長期培養(yǎng)（≥7 天）優(yōu)先 RWV 反應器。
參數(shù)設置：RPM 旋轉速度 5-20 rpm，三維隨機旋轉模式；RWV 反應器旋轉速度 5-30 rpm，以細胞懸液呈均勻渾濁狀為標準，避免高轉速產(chǎn)生剪切力。
監(jiān)測與調整：每 12 小時取樣檢測細胞活力與密度，活力低于 80% 時及時更換新鮮培養(yǎng)基；若出現(xiàn)細胞聚團，適當提高旋轉速度（每次增加 5 rpm），或添加少量分散酶（如透明質酸酶，濃度≤10 U/mL）。
3. 關鍵控制要點
剪切力控制：懸浮細胞對剪切力敏感，旋轉速度不可過高，反應器內壁需光滑無棱角；避免頻繁開啟反應器蓋子，減少液體擾動。
溶氧與 pH 穩(wěn)定：通過在線監(jiān)測模塊實時調控，pH 維持在 7.2-7.4，溶氧不低于 40%，避免缺氧導致細胞凋亡。
四、共性注意事項
對照設置：同步設置常重力對照組（常規(guī)貼壁培養(yǎng)或靜態(tài)懸浮培養(yǎng)），便于對比失重環(huán)境對細胞的影響。
污染防控：模擬失重設備結構相對復雜，需徹底滅菌（高溫高壓或 γ 射線滅菌），操作過程嚴格遵循無菌流程，避免微生物污染。
樣品檢測：定期通過顯微鏡觀察細胞形態(tài)、聚團情況，采用流式細胞儀檢測細胞活力、周期，或通過 Western blot、qPCR 分析細胞功能基因表達，評估失重培養(yǎng)效果。
設備校準：實驗前校準反應器旋轉速度、溫度、CO?濃度等參數(shù)，確保模擬失重環(huán)境的穩(wěn)定性與重復性。
