胞外基質（ECM）力學

剛度梯度決定干細胞譜系（軟基質神經(jīng)、中等肌肉、高硬度成骨）；粘彈性（應力松弛、塑性形變）獨立驅動腫瘤侵襲、肝纖維化；LOX 介導膠原交聯(lián)升高基質硬度，持續(xù)激活整合 in-FAK-YAP/TAZ 機械軸，誘發(fā)病變。

幾何與空間力學

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

分子機械轉導通路

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

轉化核心矛盾

常規(guī)塑料 / 玻璃培養(yǎng)皿模量達 GPa 級，遠高于人體 kPa 級軟組織，體外藥理實驗數(shù)據(jù)與臨床脫節(jié)；靜態(tài)培養(yǎng)缺失動態(tài)生理載荷，無法復刻心臟搏動、腸道蠕動、骨骼承重、失重等特殊力學場景，極大限制機械醫(yī)學靶點篩選、水凝膠再生材料驗證。

2. 傳統(tǒng)模型三大短板

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

單一生物反應器：僅能實現(xiàn)簡單流體剪切，無法同步耦合基質剛度、周期性形變、空間約束多力學信號；

無失重模擬設備：地面靜態(tài)體系無法解析微重力誘導骨流失、神經(jīng)損傷、干細胞分化重塑機制，空間力學生物學研究受限。

二、力學失調與疾病發(fā)生

三、生物物理工具與轉化應用

牽引力顯微鏡（TFM）：定量細胞施加的力

蛋白質微圖案：精確控制細胞幾何形態(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)測量細胞和組織的粘彈性

高強度聚焦超聲（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-反轉可設定不同時間或不同角度，如正轉10s間歇，反轉20s間歇，更好的模擬人體內不同內徑的血流

四、精準力醫(yī)學

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

五、BiomimiX uBeat 動態(tài)器官芯片：復刻體內周期性生理力學刺激

1. 設備核心技術匹配綜述力學研究需求

雙力學刺激模塊全覆蓋生理載荷，三維微流控仿生架構，還原 ECM 粘彈性微環(huán)境：三層 PDMS 微流控結構，可填充 GelMA、膠原、DNA 動態(tài)水凝膠等綜述重點再生基質，精準調控基質應力松弛特性；單芯片獨立多組三維微組織培養(yǎng)通道，同步設置力學刺激組與靜態(tài)對照組，直觀對比剛度、粘彈性對 YAP 核轉位、整合素聚集、invadopodia 侵襲的調控差異。

多通路同步耦合：流體剪切 + 周期性形變 + 基質力學兼容持續(xù)灌流系統(tǒng)，可同時施加血流剪切、器官節(jié)律形變、可調剛度水凝膠支架，復現(xiàn)綜述中動脈內皮、腫瘤微環(huán)境復合力學信號；適配 2D 蛋白微圖案、牽引力顯微成像（TFM）等綜述提及經(jīng)典力學檢測手段，實時量化細胞牽引力、核形變程度。

成熟疾病標準化芯片模型，直接落地機制與藥物篩選

2. 科研適配場景

干細胞命運調控：不同拉伸 / 壓縮力學下 MS 神經(jīng)、肌肉、成骨分化對比；

纖維化機制：αvβ 整合素介導 TGF-β 機械激活，肺 / 肝瘢痕基質建模；

腫瘤侵襲力學：基質塑性形變、曲率、空間約束協(xié)同促轉移研究；

再生水凝膠評價：動態(tài)力學下 DNA、GelMA 復合水凝膠促修復能力驗證；

藥物力學靶點篩選：靶向 FAK、YAP、ERK、Piezo1 小分子體外力學藥效評估。

六、Kilby Gravity 微重力三維培養(yǎng)系統(tǒng)：解鎖失重力學轉導研究維度

1. 核心技術填補失重力學研究空白

低剪切無沉降三維懸浮培養(yǎng)雙軸獨立旋轉消除重力定向沉降，細胞自發(fā)構建均質 3D 類器官 / 腫瘤球，規(guī)避傳統(tǒng)生物反應器高剪切造成細胞骨架損傷；失重狀態(tài)下調胞外機械載荷，直接驗證 “力學缺失引發(fā)組織穩(wěn)態(tài)失衡" 機制（如骨細胞失重流失、神經(jīng)膠質異常活化）。

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

兼容多類力學檢測與復合建模培養(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)），對比重力載荷對機械轉導通路（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刺激，實現(xiàn) “失重預處理 + 生理載荷復建" 雙階段力學建模。

空間醫(yī)學轉化適配支撐空間站地面預實驗，模擬長期駐留引發(fā)骨流失、腦創(chuàng)傷、血管內皮紊亂，為失重相關退行性疾病、航天防護藥物提供力學模型，填補綜述神經(jīng)、心血管失重力學體外建模工具缺口。

2. 專屬科研應用方向

空間力學生物學：微重力下骨、神經(jīng)、血管細胞機械轉導通路變化；

衰老與退行性疾病：失重模擬老年組織力學衰減、細胞衰老；

三維類器官批量構建：均質腫瘤球、神經(jīng)球、心肌微組織，提升后續(xù)器官芯片實驗重復性；

干細胞預處理：微重力誘導抗炎、促修復分泌表型，服務水凝膠干細胞再生復合體系研發(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細胞類器官串聯(lián)式自動灌流系統(tǒng)，

BiomimX uBeat®多功能動態(tài)器官芯片系統(tǒng)

Kilby Gravity 微重力旋轉細胞類器官培養(yǎng)系統(tǒng)RCCS，

動植物/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