模拟失重环境（如空间微重力或地面模拟失重）下的细胞培养，核心是通过技术手段抵消重力对细胞的影响，还原失重状态下细胞的生长、分化及功能响应。贴壁细胞与悬浮细胞因生长特性差异，需采用针对性的培养方案，核心围绕 “重力抵消”“环境适配”“细胞活性维持” 三大关键目标展开。
一、模拟失重环境的核心技术手段
1. 回转式生物反应器（RWV/SRV）
通过水平旋转产生的离心力抵消重力，使细胞处于持续悬浮的 “动态失重” 状态。反应器内壁光滑无搅拌桨，避免剪切力损伤细胞，同时保证营养物质与代谢废物均匀扩散。适用于贴壁细胞（需结合微载体）与悬浮细胞的长期培养，是目前应用最广泛的地面模拟失重技术。
2. 随机定位机（RPM）
通过三维随机旋转改变细胞的重力矢量方向，使细胞在统计意义上处于 “平均失重” 状态。设备可调节旋转速度与角度范围，适配不同细胞的耐受度，无需微载体即可实现贴壁细胞的脱壁悬浮培养，适合短期动态观察与机制研究。
3. 磁悬浮培养系统
利用强磁场产生的磁力抵消细胞重力，使细胞悬浮于培养基中。该方法无机械旋转，剪切力极低，适合对力学敏感的细胞（如干细胞、脆弱悬浮细胞），但需使用磁性标记或磁性培养基，可能对部分细胞功能产生影响，应用场景相对受限。
4. 平板倾斜法（简易模拟）
通过将培养皿 / 瓶以极低角度（1°-3°）缓慢倾斜，减少细胞与基质的重力依赖性接触，模拟轻度失重环境。设备要求简单、操作便捷，适合初步探索性实验，但模拟效果有限，无法实现长期稳定的失重状态还原。
二、贴壁细胞的模拟失重培养方法
贴壁细胞依赖基质附着生长，模拟失重需先打破其贴壁依赖，再通过失重技术维持悬浮状态，同时避免细胞损伤。
1. 预处理与接种准备
细胞脱壁：采用温和消化法（0.05% 胰酶 + EDTA，37℃孵育 2-3 分钟），避免过度消化导致细胞膜损伤，消化后用含血清培养基终止反应，离心收集细胞并调整浓度至 1×10⁵-5×10⁵ cells/mL。
微载体适配：选择生物相容性好的微载体（如明胶微载体、聚赖氨酸修饰微载体），粒径 100-300μm，提前用培养基浸泡水化，与细胞悬液按 1:10（微载体质量：细胞数量）比例混合，确保细胞均匀吸附于微载体表面。
2. 失重培养操作流程
设备选择：优先使用 RWV 反应器，将混合微载体与细胞的培养基注入反应器，填充率控制在 80%-90%，避免气泡产生（气泡会增加剪切力）。
参数设置：旋转速度根据微载体粒径调整（10-60 rpm），以微载体不沉降、不贴壁为标准；温度维持 37℃，CO₂浓度 5%，通过反应器透气膜或气体交换模块保障溶氧（DO≥50%）。
传代与换液：每 24-48 小时更换 50% 培养基，补充营养与去除代谢废物；细胞密度达到 1×10⁶ cells/mL 时，按 1:2 比例稀释传代，或更换更大容积反应器。
3. 关键控制要点
避免微载体聚集：定期轻轻摇晃反应器（每日 1-2 次），或添加 0.1%-0.5% Pluronic F-68 抗聚团剂，防止微载体粘连导致细胞营养供应不足。
维持细胞 - 微载体吸附：确保微载体表面修饰充分，培养基中血清浓度不低于 5%，提供细胞黏附所需的黏附因子，避免细胞脱附流失。
三、悬浮细胞的模拟失重培养方法
悬浮细胞无需基质附着，模拟失重的核心是减少重力导致的沉降与聚团，维持细胞在培养基中的均匀分布，同时降低力学损伤。
1. 接种与培养基优化
细胞准备：离心收集对数期悬浮细胞（活力≥90%），用无血清或低血清专用培养基（如 HEK293F 专用培养基）调整浓度至 2×10⁵-1×10⁶ cells/mL，避免高浓度接种导致聚团。
培养基适配：添加抗聚团剂（0.2%-0.5% Pluronic F-68）与适量生长因子（如 EGF、胰岛素），提高细胞抗应激能力；调整培养基黏度（添加 0.1%-0.3% 羟乙基纤维素），辅助细胞悬浮，减少沉降。
2. 失重培养操作流程
设备选择：短期实验（≤72 小时）可用 RPM 随机定位机，长期培养（≥7 天）优先 RWV 反应器。
参数设置：RPM 旋转速度 5-20 rpm，三维随机旋转模式；RWV 反应器旋转速度 5-30 rpm，以细胞悬液呈均匀浑浊状为标准，避免高转速产生剪切力。
监测与调整：每 12 小时取样检测细胞活力与密度，活力低于 80% 时及时更换新鲜培养基；若出现细胞聚团，适当提高旋转速度（每次增加 5 rpm），或添加少量分散酶（如透明质酸酶，浓度≤10 U/mL）。
3. 关键控制要点
剪切力控制：悬浮细胞对剪切力敏感，旋转速度不可过高，反应器内壁需光滑无棱角；避免频繁开启反应器盖子，减少液体扰动。
溶氧与 pH 稳定：通过在线监测模块实时调控，pH 维持在 7.2-7.4，溶氧不低于 40%，避免缺氧导致细胞凋亡。
四、共性注意事项
对照设置：同步设置常重力对照组（常规贴壁培养或静态悬浮培养），便于对比失重环境对细胞的影响。
污染防控：模拟失重设备结构相对复杂，需彻底灭菌（高温高压或 γ 射线灭菌），操作过程严格遵循无菌流程，避免微生物污染。
样品检测：定期通过显微镜观察细胞形态、聚团情况，采用流式细胞仪检测细胞活力、周期，或通过 Western blot、qPCR 分析细胞功能基因表达，评估失重培养效果。
设备校准：实验前校准反应器旋转速度、温度、CO₂浓度等参数，确保模拟失重环境的稳定性与重复性。
