Gradienty Rozpuštěného Kyslíku

Uvod

Kyslik hraje dulezitou roli ve fyziologii bunek tim, ze reguluje jejich funkci, diferenciaci a preziti. Rozpusteny kyslik je v in vitro systemech pro kultivaci bunek spotrebovan bunkami a obnoven difuzi ze vzduchu nad roztokem. Tyto procesy maji za nasledek vznik gradientu rozpusteneho kysliku v kultivacnim roztoku a vytvoreni lokalnich oblasti s nizkou (hypoxie)  nebo vysokou koncentraci kysliku (hyperoxie). Tyto podminky mohou vyrazne ovlivnit bunky situovane v techto specifickych oblastech. Gradienty rozpusteneho kysliku mohou byt predpovedeny modelovanim a overeny merenim lokalnich koncentraci kysliku.  Je vsak znacne obtizne mapovat  koncentrace rozpusteneho kysliku v kultivacnich systemech, ktere jsou umistene uvnitr inkubatoru a obsahuji zive bunky. Vyzaduje to umisteni citliveho elektronickeho zarizeni uvnitr prostredi s temer stoprocentni vlhkosti vzduchu a dalkove ovladaneho skenovani kyslikovymi sondami. Krome toho muze dojit k lokalnim zmenam koncentrace kysliku v dusledku rozdilne lokalni koncentrace bunek nebo jejich metabolicke aktivity. Aby se temto problemum vyhnulo, byl vyvinut novy zpusob pro mereni gradientu rozpusteneho kysliku v miniaturnich perfundovanych bioreaktorech na kultivaci tkani. Spotreba kysliku bunkami je napodobena odkyslicenim vody docileneho jejim probublavanim inertnim plynem (podobna metoda se pouziva napriklad pri  odstranovani kysliku nebo kyslicniku uhliciteho z vina). Odkyslicena voda je nasledovne cirkulovana bioreaktorem, kde dochazi k jeji opetovnemu okysliceni. Tento proces ma za nasledek vytvoreni gradientu rozpusteneho kysliku, ktery je podobny gradientum vytvorenych v systemech, kde je kyslik spotrebovavan zivymi bunkami. 

Experimentalni usporadani

Pri beznem provozu perfundovane mikrodesticky jsou bunky kultivovany v nosicich umistenych v reaktorovych jamkach. Vnitrni mikropumpy cirkuluji kultivacni roztok skrz nosic s bunkami, ktere spotrebovavaji kyslik. K opetovnemu okysliceni vyzivneho media dochazi difuzi ze vzduchu behem jeho toku mezi reaktorovymi a reservoarovymi jamkami. V experimentalnim usporadani napodobujicim spotrebu kysliku bunkami je inertni plyn probublavan externim zasobnikem vody. Toto ma podle Henryho zakona za nasledek zvyseni koncentrace inertniho plynu ve vode a ochuzeni koncentrace kysliku. Odkyslicena voda je pak externi pumpou privedena do perfundovane desticky, ve ktere byly eliminovany vnitrni mikropumpy. Behem toku vody mezi reservoarovou a reaktorovou jamkou inertni plyn difunduje z vody do vzduchu, zatimco kyslik difunduje opacnym smerem. Opticke kyslikove sondy se snimaci vrstvou na bazi rutenioveho komplexu jsou pouzity k mereni vstupni a vystupni koncentrace kysliku a lokalni koncentrace kysliku jamkach.  Kyslikove sondy v jamkach jsou upevneny na xyz stolku, ktery umoznuje skenovani.