胞外基質(zhì)（ECM）力學(xué)

剛度梯度決定干細(xì)胞譜系（軟基質(zhì)神經(jīng)、中等肌肉、高硬度成骨）；粘彈性（應(yīng)力松弛、塑性形變）獨(dú)立驅(qū)動(dòng)腫瘤侵襲、肝纖維化；LOX 介導(dǎo)膠原交聯(lián)升高基質(zhì)硬度，持續(xù)激活整合 in-FAK-YAP/TAZ 機(jī)械軸，誘發(fā)病變。

幾何與空間力學(xué)

組織凹凸曲率調(diào)控成纖維細(xì)胞 / 腫瘤干細(xì)胞活性；狹窄空間擠壓引發(fā)核變形，激活染色質(zhì)重塑與促轉(zhuǎn)移通路；流體剪切力決定內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)，紊亂剪切誘發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化。

分子機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

整合素 - 黏著斑 - 肌動(dòng)蛋白分子離合器、Piezo1 離子通道、YAP/TAZ、MAPK/ERK 四大核心力學(xué)信號軸，串聯(lián)外力、細(xì)胞骨架、細(xì)胞核、基因表達(dá)。

轉(zhuǎn)化核心矛盾

常規(guī)塑料 / 玻璃培養(yǎng)皿模量達(dá) GPa 級，遠(yuǎn)高于人體 kPa 級軟組織，體外藥理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與臨床脫節(jié)；靜態(tài)培養(yǎng)缺失動(dòng)態(tài)生理載荷，無法復(fù)刻心臟搏動(dòng)、腸道蠕動(dòng)、骨骼承重、失重等特殊力學(xué)場景，極大限制機(jī)械醫(yī)學(xué)靶點(diǎn)篩選、水凝膠再生材料驗(yàn)證。

2. 傳統(tǒng)模型三大短板

二維靜態(tài)培養(yǎng)：無動(dòng)態(tài)拉伸 / 壓縮，缺失時(shí)間依賴性粘彈性刺激，YAP、Piezo1 等力學(xué)通路激活模式與體內(nèi)不符；

單一生物反應(yīng)器：僅能實(shí)現(xiàn)簡單流體剪切，無法同步耦合基質(zhì)剛度、周期性形變、空間約束多力學(xué)信號；

無失重模擬設(shè)備：地面靜態(tài)體系無法解析微重力誘導(dǎo)骨流失、神經(jīng)損傷、干細(xì)胞分化重塑機(jī)制，空間力學(xué)生物學(xué)研究受限。

二、力學(xué)失調(diào)與疾病發(fā)生

三、生物物理工具與轉(zhuǎn)化應(yīng)用

牽引力顯微鏡（TFM）：定量細(xì)胞施加的力

蛋白質(zhì)微圖案：精確控制細(xì)胞幾何形態(tài)和粘附面積

微流控裝置：模擬空間限制和流體剪切力

器官芯片：整合多器官系統(tǒng)用于藥物篩選

布里淵顯微鏡：無創(chuàng)測量細(xì)胞和組織的粘彈性

高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）：已用于臨床腫瘤消融

[北京基爾比——3D類器官芯片培養(yǎng)搖擺灌注儀]：間歇搖擺模式下，正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)可設(shè)定不同時(shí)間或不同角度，如正轉(zhuǎn)10s間歇，反轉(zhuǎn)20s間歇，更好的模擬人體內(nèi)不同內(nèi)徑的血流

四、精準(zhǔn)力醫(yī)學(xué)

參考文獻(xiàn)：Kalukula et al., Sci. Adv. 11, eaea6817 (2025) 31 October 2025

五、BiomimiX uBeat 動(dòng)態(tài)器官芯片：復(fù)刻體內(nèi)周期性生理力學(xué)刺激

1. 設(shè)備核心技術(shù)匹配綜述力學(xué)研究需求

雙力學(xué)刺激模塊全覆蓋生理載荷，三維微流控仿生架構(gòu)，還原 ECM 粘彈性微環(huán)境：三層 PDMS 微流控結(jié)構(gòu)，可填充 GelMA、膠原、DNA 動(dòng)態(tài)水凝膠等綜述重點(diǎn)再生基質(zhì)，精準(zhǔn)調(diào)控基質(zhì)應(yīng)力松弛特性；單芯片獨(dú)立多組三維微組織培養(yǎng)通道，同步設(shè)置力學(xué)刺激組與靜態(tài)對照組，直觀對比剛度、粘彈性對 YAP 核轉(zhuǎn)位、整合素聚集、invadopodia 侵襲的調(diào)控差異。

多通路同步耦合：流體剪切 + 周期性形變 + 基質(zhì)力學(xué)兼容持續(xù)灌流系統(tǒng)，可同時(shí)施加血流剪切、器官節(jié)律形變、可調(diào)剛度水凝膠支架，復(fù)現(xiàn)綜述中動(dòng)脈內(nèi)皮、腫瘤微環(huán)境復(fù)合力學(xué)信號；適配 2D 蛋白微圖案、牽引力顯微成像（TFM）等綜述提及經(jīng)典力學(xué)檢測手段，實(shí)時(shí)量化細(xì)胞牽引力、核形變程度。

成熟疾病標(biāo)準(zhǔn)化芯片模型，直接落地機(jī)制與藥物篩選

2. 科研適配場景

干細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控：不同拉伸 / 壓縮力學(xué)下 MS 神經(jīng)、肌肉、成骨分化對比；

纖維化機(jī)制：αvβ 整合素介導(dǎo) TGF-β 機(jī)械激活，肺 / 肝瘢痕基質(zhì)建模；

腫瘤侵襲力學(xué)：基質(zhì)塑性形變、曲率、空間約束協(xié)同促轉(zhuǎn)移研究；

再生水凝膠評價(jià)：動(dòng)態(tài)力學(xué)下 DNA、GelMA 復(fù)合水凝膠促修復(fù)能力驗(yàn)證；

藥物力學(xué)靶點(diǎn)篩選：靶向 FAK、YAP、ERK、Piezo1 小分子體外力學(xué)藥效評估。

六、Kilby Gravity 微重力三維培養(yǎng)系統(tǒng)：解鎖失重力學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究維度

1. 核心技術(shù)填補(bǔ)失重力學(xué)研究空白

低剪切無沉降三維懸浮培養(yǎng)雙軸獨(dú)立旋轉(zhuǎn)消除重力定向沉降，細(xì)胞自發(fā)構(gòu)建均質(zhì) 3D 類器官 / 腫瘤球，規(guī)避傳統(tǒng)生物反應(yīng)器高剪切造成細(xì)胞骨架損傷；失重狀態(tài)下調(diào)胞外機(jī)械載荷，直接驗(yàn)證 “力學(xué)缺失引發(fā)組織穩(wěn)態(tài)失衡” 機(jī)制（如骨細(xì)胞失重流失、神經(jīng)膠質(zhì)異?；罨?。

干細(xì)胞力學(xué)重塑優(yōu)勢失重微環(huán)境改變細(xì)胞黏附、肌動(dòng)蛋白骨架、LINC 核連接復(fù)合體，顯著調(diào)控 MSCs 分化：軟骨分化效率提升 30%，成骨礦化調(diào)控模型適配失重骨質(zhì)疏松機(jī)制研究；巨噬細(xì)胞 YAP 胞質(zhì)滯留，模擬失重炎癥失衡表型，匹配綜述免疫力學(xué)調(diào)控理論。

兼容多類力學(xué)檢測與復(fù)合建模培養(yǎng)容器適配水凝膠支架、微流控芯片聯(lián)用；可與 BiomimiX 芯片形成對照體系：正常重力動(dòng)態(tài)刺激組（器官芯片）vs 失重低載荷組（微重力系統(tǒng)），對比重力載荷對機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（Piezo1、MAPK、YAP）差異化激活；產(chǎn)出的三維類器官可直接移植至芯片施加二次力學(xué)刺激，實(shí)現(xiàn) “失重預(yù)處理 + 生理載荷復(fù)建” 雙階段力學(xué)建模。

空間醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化適配支撐空間站地面預(yù)實(shí)驗(yàn)，模擬長期駐留引發(fā)骨流失、腦創(chuàng)傷、血管內(nèi)皮紊亂，為失重相關(guān)退行性疾病、航天防護(hù)藥物提供力學(xué)模型，填補(bǔ)綜述神經(jīng)、心血管失重力學(xué)體外建模工具缺口。

2. 專屬科研應(yīng)用方向

空間力學(xué)生物學(xué)：微重力下骨、神經(jīng)、血管細(xì)胞機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路變化；

衰老與退行性疾?。?/span>失重模擬老年組織力學(xué)衰減、細(xì)胞衰老；

三維類器官批量構(gòu)建：均質(zhì)腫瘤球、神經(jīng)球、心肌微組織，提升后續(xù)器官芯片實(shí)驗(yàn)重復(fù)性；

干細(xì)胞預(yù)處理：微重力誘導(dǎo)抗炎、促修復(fù)分泌表型，服務(wù)水凝膠干細(xì)胞再生復(fù)合體系研發(fā)。

附：

北 京 基 爾 比 生物 科技公司 主營產(chǎn)品：

AnimFree 體外類器官氣溶膠暴露裝置

Kirkstall 3D細(xì)胞類器官串聯(lián)式自動(dòng)灌流系統(tǒng)，

BiomimX uBeat®多功能動(dòng)態(tài)器官芯片系統(tǒng)

Kilby Gravity 微重力旋轉(zhuǎn)細(xì)胞類器官培養(yǎng)系統(tǒng)RCCS，

動(dòng)植物/微生物等地面重力環(huán)境模擬裝置【可以定制】，

Kilby Bio 高通量類器官精密搖擺儀