一、系统概述与技术背景

Synthecon旋转细胞培养系统（Rotary Cell Culture System, RCCS）是一种源自NASA技术的三维细胞培养系统。RCCS由NASA细胞研究计划的发明人创立，获得NASA专利和技术转移后重新设计而来。RCCS初设计用于模拟太空微重力环境研究细胞功能差异性，之后研究人员发现该系统在地面研究中同样具有广泛应用价值。

RCCS是目前一个能够同时整合多细胞共培养能力、低剪切力（低湍流）和高传质效率三大特性的生物反应器系统。该系统通过水平旋转使培养容器内的细胞处于持续自由落体状态，抵消重力影响，模拟微重力环境，为细胞提供理想的培养条件。

Synthecon典型产品型号如下：

其中RCCS-4H型号可同时兼容STLV和HARV培养皿，且四个培养皿不必为同一类型。

二、主要用途

1. 三维组织模型构建

RCCS能够有效模拟生物体内环境，使人体和动物其脆弱的细胞在复杂的三维组织模型内进行培养或共培养，模拟母体组织的结构与功能。该技术克服了长期困扰三维细胞培养的内生（ingrowth）不足的限制，能够真正用来培养工程组织（engineered tissue）。

2. 癌症及肿瘤研究

RCCS在癌症研究领域应用广泛，尤其适用于肿瘤球体的形成与培养。该系统可用于研究人类神经母细胞瘤、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、黑色素瘤、肾癌、卵巢癌和腺癌等多种癌症模型。RCCS培养的肿瘤球体能够模拟肿瘤微环境，用于耐药性机制研究。

3. 干细胞研究与组织再生

RCCS在干细胞研究中发挥着重要作用，涵盖骨髓、肝脏、胰腺、皮肤、心脏、神经、软骨、肾脏和血管等多种组织类型。RCCS在干细胞领域的应用包括干细胞维持、扩增和定向分化。

4. 病毒学和病原体研究

RCCS被广泛用于病毒-宿主细胞相互作用研究，已在艾滋病病毒、埃博拉病毒、卡波西氏肉瘤病毒、EB病毒、猴痘病毒等研究中发挥重要作用。RCCS还可用于正常组织以及细菌/病毒浸染的组织模型构建。

5. 体外毒理学与药物筛选

RCCS可用于药物筛选研究，提供更接近体内真实反应的体外模型，有望替代部分动物实验。

6. 类器官培养与外植体长期维护

RCCS支持类器官培养、外植体培养和脱细胞/再细胞化研究，适用于人淋巴、肝、脾、淋巴结、前列腺、支气管、皮肤和肺等组织。

三、典型使用场景

研究机构场景

• 癌症研究中心：使用STLV-55或STLV-110培养容器构建肿瘤球体模型，研究肿瘤耐药机制和肿瘤微环境。该系统可在标准培养箱内运行，便于取样检测。配合立转头型号（如RCCS-4DQ），可同时进行多个药物浓度的筛选实验。
• 干细胞研究所：使用HARV-10或HARV-50培养容器，诱导多能干细胞分化为特定组织细胞，如肝细胞、胰岛β细胞等。HARV培养容器采用平面膜氧合器设计，特别适合悬浮细胞和贴壁细胞的培养。

制药企业场景

• 药物筛选与毒理学评估：使用一次性培养容器（RCCS-D或RCCS-4D型号），降低交叉污染风险，进行候选化合物的体外毒理学评估和药效研究。一次性培养皿单包装并经伽玛射线灭菌，降低技术人员暴露于有害物质的风险。

再生医学与组织工程场景

• 组织工程构建：使用STLV-250或STLV-500大型培养容器，进行骨组织、软骨组织或血管组织工程构建。在灌注式培养系统（RCMW）中实现持续培养基供给，支持更大尺寸组织的长期培养。
• 临床前研究：使用多种培养容器并行培养，快速建立多个疾病模型，评估组织工程产品的安性和有效性。

太空生物学场景

• 微重力效应研究：RCCS作为地面微重力模拟平台，用于研究微重力环境对细胞代谢、基因表达和免疫功能的影响。RCCS初被NASA设计用来携带细胞随航天飞机进入太空，并建立一个基于地面研究的微重力模拟装置。国际空间站（ISS）相关实验已比较了微重力与地面培养的免疫细胞功能差异。

四、系统优势与特点亮点

1. 来源于NASA的技术

RCCS源自NASA旋转壁容器（RWV）技术，由NASA细胞研究计划发明人创立并获得NASA专利和技术转移，代表美国航天局研究成果向生物医学领域的成功转化。

2. 低剪切力，保护细胞完整性

RCCS采用特的水平旋转设计，细胞以自由落体状态悬浮，没有搅拌器、气泡或推进器等破坏性元件，使细胞在培养液中得以自由降落、翻转并与培养液充分混合。相比大多数动态培养系统中细胞因与推进器接触或气泡冲击而受损，RCCS将破坏性应力降到低。RCCS的主要优势之一就是大限度地减少对细胞的机械应力。

3. 膜氧合无气泡技术

RCCS培养容器背侧具备硅胶制成的换气膜，通过气体渗透膜实现气体交换，无需传统培养中的气泡曝气。膜氧合提供无气泡操作，营造佳温和的培养环境，避免气泡产生的剪切力对细胞造成损伤。

4. 高密度三维组织培养

RCCS能够生产高度分化的高密度三维组织培养物，组织培养密度可达10??至10??细胞/ml，大地提高了单位体积的细胞产出。

5. 支持多细胞共培养

RCCS是个能够同时整合共培养能力和低剪切力环境的生物反应器，实现多种细胞类型的共同培养，这对于研究细胞间相互作用、细胞-基质相互作用以及构建复杂组织模型至关重要。

6. 可与支架或无支架培养

RCCS系统灵活支持两种培养模式：既可在支架上培养细胞形成三维空间复合体，也可进行无支架的细胞聚集和球体形成。用户可根据实验需求自由选择，适用范围广泛。

7. 操作便捷，取样方便

RCCS可在标准CO?培养箱内运行，无需额外设备；用户可通过取样口抽取样品，无需中断培养过程，大地方便了实验过程中的监测和分析。

8. 多种型号适配不同需求

Synthecon提供从10ml到3L多种规格的培养容器，从单转头到八转头多种基座配置，以及批次培养、灌注培养等多种工作模式。立转头型号（如RCCS-4DQ）允许每个转头以立速度旋转，可同时进行4个不同的实验。

9. 可定制设计与应用支持

Synthecon可根据用户要求设计构建相应的系统，提供从简单到复杂的各类定制生物反应器系统以适应不同细胞和组织类型的培养需求。

10. 扎实的文献积累

经过32年发展，已有超过2,000篇学术论文发表使用RCCS的相关研究成果。

五、高分文献精选

组织工程与再生医学

1. Jung Y, et al. (2015) Scaffold-free, Human Mesenchymal Stem Cell-Based Tissue Engineered Blood Vessels. Scientific Reports, 5:15116. doi: 10.1038/srep15116
2. — 利用RCCS成功构建无支架人间充质干细胞组织工程血管。
3. Jung Y, et al. (2015) Scaffold-free, Human Mesenchymal Stem Cell-Based Tissue Engineered Blood Vessels. Scientific Reports, 5:15116. doi: 10.1038/srep15116
4. — 利用RCCS成功构建无支架人间充质干细胞组织工程血管。
5. Cinbiz MN, et al. (2010) Computational fluid dynamics modeling of momentum transport in rotating wall perfused bioreactor for cartilage tissue engineering. Journal of Biotechnology, 150(3):389-95
6. — 旋转壁灌注生物反应器用于软骨组织工程的计算流体动力学建模。
7. Crabbé A, et al. (2015) Recellularization of decellularized lung scaffolds is enhanced by dynamic suspension culture. PLoS ONE, 10(5):e0126846
8. — 动态悬浮培养增强脱细胞肺支架的再细胞化。

癌症生物学

1. Vidyasekar P, et al. (2015) Genome Wide Expression Profiling of Cancer Cell Lines Cultured in Microgravity Reveals Significant Dysregulation of Cell Cycle and MicroRNA Gene Networks. PLoS ONE, 10(8):e0135958
2. — 微重力条件下培养癌细胞的基因组表达谱研究。
3. Smith SJ, et al. (2015) Endothelial-like malignant glioma cells in dynamic three dimensional culture identifies a role for VEGF and FGFR in a tumor-derived angiogenic response. Oncotarget
4. — 动态三维培养中内皮样恶性胶质瘤细胞鉴定VEGF和FGFR在肿瘤源性血管生成反应中的作用。

干细胞与细胞分化

1. Spatz JM, et al. (2015) The Wnt Inhibitor Sclerostin Is Up-regulated by Mechanical Unloading in Osteocytes in Vitro. Journal of Biological Chemistry, 290(27):16744-58
2. — 机械卸载上调骨细胞中Wnt抑制剂Sclerostin的表达。
3. Han C, et al. (2015) *Differentiation of transforming growth factor β1-induced mesenchymal stem cells into nucleus pulposus-like cells under simulated microgravity conditions.* Cellular and Molecular Biology, 61(2):50-5
4. — 模拟微重力条件下TGF-β1诱导间充质干细胞向髓核样细胞的分化。

病毒学与病原体相互作用

1. Goodwin TJ, et al. (2015) *3D tissue-like assemblies: A novel approach to investigate virus-cell interactions.* Methods, pii: S1046-2023(15)00203-0
2. — 三维类组织组装体研究病毒-细胞相互作用的新方法。
3. Bergmann S, Steinert M. (2015) From Single Cells to Engineered and Explanted Tissues: New Perspectives in Bacterial Infection Biology. International Review of Cell and Molecular Biology, 319:1-44
4. — 从单细胞到工程组织及外植体的细菌感染生物学新视角。

流体力学与系统建模

1. Rivera-Solorio I, Kleis SJ. (2006) Model of the mass transport to the surface of animal cells cultured in a rotating bioreactor operated in micro gravity. Biotechnology and Bioengineering, 94:495-504
2. — 微重力下旋转生物反应器动物细胞表面传质模型。
3. Lappa M. (2003) Organic Tissues in Rotating Bioreactors: Fluid-Mechanical Aspects, Dynamic Growth Models, and Morphological Evolution. Biotechnology and Bioengineering, 84:518-532
4. — 旋转生物反应器中有机组织的流体力学、动态生长模型和形态演化。
5. Hammond TG, Hammond JM. (2001) Optimized Suspension Culture: The Rotating-Wall Vessel. American Journal of Physiology - Renal Physiology, 281:F12-F25
6. — 旋转壁容器优化悬浮培养的经典综述。