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在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，氧氣從毛細(xì)血管擴(kuò)散至細(xì)胞的距離是非常短的，一般不超過100μm，看似很簡(jiǎn)單，實(shí)則一點(diǎn)都不難。普拉特澤生物承接細(xì)胞實(shí)驗(yàn)等相關(guān)服務(wù)上萬例，積累了操作大量經(jīng)驗(yàn)，為大家詳細(xì)分享細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為廣大科研工作者開展線上的理論培訓(xùn)與線下實(shí)操，可承接細(xì)胞實(shí)驗(yàn)外包服

反觀體外培養(yǎng)系統(tǒng)中，細(xì)胞獲取氧氣就難多了。氧氣必須從培養(yǎng)基表面擴(kuò)散至底部才能到達(dá)細(xì)胞，這個(gè)距離就是培養(yǎng)基深度，通常為幾毫米——距離是體內(nèi)的數(shù)十倍。

氧氣在液體中的擴(kuò)散遵循菲克第一定律（見下圖），簡(jiǎn)單來說就是：擴(kuò)散速率和粒子濃度梯度成正比，和擴(kuò)散距離成反比。

所以，想提升擴(kuò)散速率，要么增加培養(yǎng)基上方的氧氣濃度，要么降低培養(yǎng)基的高度。

“不就幾毫米的距離，至于這么矯情么”——這是不是你想說的？

來，看數(shù)據(jù)。這是一篇發(fā)表于《EMBO Journal》的文章，作者通過Resipher系統(tǒng)直接測(cè)量細(xì)胞單層附近的氧氣濃度，采用的樣本是培養(yǎng)在12孔板的3T3-L1細(xì)胞系，每孔培養(yǎng)基體積為1mL，培養(yǎng)基深度為2.4mm。

測(cè)試結(jié)果表明，細(xì)胞周圍的氧氣濃度僅為15μM，而培養(yǎng)箱內(nèi)正常的氧氣濃度為181μM！也就是說，這些3T3-L1細(xì)胞均處于局部缺氧的狀態(tài)下。

缺氧，那怎么了

當(dāng)細(xì)胞處于缺氧環(huán)境時(shí)，它的代謝方式、部分基因表達(dá)量、細(xì)胞功能都會(huì)不一樣。

還是以這篇文章的數(shù)據(jù)為例說明。僅僅通過降低培養(yǎng)基體積這一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，就能促使細(xì)胞的能量代謝方式從糖酵解轉(zhuǎn)為三羧酸循環(huán)。

它的意義在于能讓細(xì)胞的代謝方式更接近體內(nèi)水平——相當(dāng)于你拿這個(gè)細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果更有說服力。

結(jié)果描述：標(biāo)準(zhǔn)條件下，脂肪細(xì)胞（3T3-L1、原代小鼠脂肪細(xì)胞、人脂肪細(xì)胞）表現(xiàn)出高糖酵解活性（乳酸產(chǎn)量高，約50%的葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸）。增加細(xì)胞周圍氧后，葡萄糖攝取減少，但乳酸產(chǎn)量下降更顯著（乳酸/葡萄糖比例降至約17%，接近體內(nèi)水平）。

再看另一組數(shù)據(jù)，和細(xì)胞缺氧相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子HIF1α，在細(xì)胞處于缺氧環(huán)境下表達(dá)，但當(dāng)氧氣充足時(shí)會(huì)在幾分鐘內(nèi)降解。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，在降低了培養(yǎng)基體積后，HIF1α就無法通過Western blot檢測(cè)出來了。與此同時(shí)，HIF1α的經(jīng)典靶基因，如Slc16a3、Pgk1、Pdk1、Car9、Pkm2和Slc2a1的表達(dá)都顯著下調(diào)了
注：文源實(shí)驗(yàn)室老司機(jī)

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