多路细胞灌流的 RTD 暴露与采样时程表征
用示踪实验测量灌流流路的驻留时间分布，再以信号卷积估计刺激到达细胞和出口的时程；代表性 HEK293 实验测量短时 TNF-α 刺激后的 GLuc 分泌。
用途与模型
- 研究用途
- 评价动态细胞实验中溶质输入、实际刺激与分段采样的时间对应，为药代样暴露和时间依赖药物反应测量提供装置质量依据。
- 模型与细胞来源
- 孔板多路灌流与下游分段收集；流路示踪表征和 HEK293 细胞的刺激-分泌示例分别进行。
- 方法版本
- 2022 年 JoVE 方法版本，前期平台发表于 2021 年
- 实验形式
- 示踪 RTD、轴向分散模型拟合、输入卷积预测及分泌发光时间序列。
材料与平台
- 动态培养与采样
- 多路输入、孔板培养和出口分段收集；基础配置最多 6 路，代表性细胞实验 4 路。
- 参照测量
- 可检测示踪物用于流路 RTD；TNF-α短时刺激与未刺激对照用于细胞响应比较。
- 细胞读数
- HEK293 人源细胞，NF-κB 响应驱动的分泌型 Gaussia 荧光素酶（GLuc）发光读数。
测量指标与分析
- 流路示踪物的驻留时间分布
- 拟合平均驻留时间
- 预测到达培养孔板和出口的刺激浓度时程
- 按样本收集时长换算的 GLuc 发光时间读数
分别拟合入口管路与完整系统的 RTD，用各自分布和输入波形进行卷积；对出口样本按收集时长和下游平均驻留时间处理，再与预测的刺激时程比较。
研究设计与结果
实验条件比较
- 研究设计
- 以 2 种流路配置的示踪数据检验分散模型，并用受刺激与未刺激细胞培养的分段样本比较响应时程。
- 测试范围
- 2 种代表性流路配置；4 条细胞培养支路，包括 2 路 TNF-α 刺激和 2 路未刺激对照。
- 参照体系
- 入口管路与整套系统；模型预测输入/出口波形；受刺激与未刺激培养的 GLuc 时间读数。
- 研究结果
- 入口管路与整套系统的拟合平均驻留时间分别 317.2 分钟和 596.5 分钟。刺激培养 GLuc 在 TNF-α 首次到达后约 9 小时达到峰值；未刺激组较低并缓慢上升。
适用条件与研究局限
- 下游流路仍会展宽分泌信号，反卷积会放大真实数据噪声。
- 培养开始前积累的 GLuc 影响首份样本，初始曲线下降由此解释。
- 当前细胞示例为 TNF-α短时刺激；药物 PK 样输入与个体化化疗等由作者列为用途或后续方向。
来源与原文
- Multi-stream Perfusion Bioreactor Integrated with Outlet Fractionation for Dynamic Cell Culture原始研究 · Journal of Visualized Experiments · 2022-07-20