MEASSuRE 细胞力电耦合刺激电生理采集系统|产品调研
BMSEED MEASSuRE(MicroElectrode Array Stretching Stimulating und Recording Equipment)的核心逻辑只有一句话:在体外受控环境中,把细胞的力学环境和电生理环境同时“还原”出来,并在拉伸前、拉伸中、拉伸后从同一个位置读取功能信号。它面向的不是“再添一台拉伸仪”,而是机械转导、神经创伤、心肌力电耦合等领域中长期被拆开的两件事——给力学刺激、读电活动——能否在同一个实验环节里真正对齐。

一、产品定位:要解决的不是“拉伸”,是“拉伸时还能读到电”
传统细胞拉伸仪绝大多数与电生理测量不兼容。拉伸过程中的活细胞成像也很难做,观察往往只能在拉伸结束后补拍。这意味着研究者可以看到“拉伸后细胞变成了什么样”,却很难回答“拉伸的那一刻,电活动发生了什么”。
MEASSuRE 的切入点是专有耗材 sMEA(可拉伸微电极阵列) :以 PDMS 硅胶为基底,金薄膜微电极嵌入弹性体中,电极随基底同步弹性形变。组织切片或解离细胞培养物被铺在 sMEA 上,拉伸时电极和组织一起动,因而可以在同一电极位置获得拉伸前后的电生理数据,显著压低组间变异。
BMSEED 是目前唯一商业化供应“可拉伸 MEA + 同步机械拉伸 + 细胞外电生理记录”整合方案的厂商。sMEA 技术基于普林斯顿大学专利的独家商业化许可,BMSEED 自 2014 年起持续获得 NIH SBIR 资助,2018 年 Phase II 将 sMEA 与力学、电生理、成像硬件集成为完整 MEASSuRE 系统,2022 年再获 Fast Track SBIR 向 3D 微流控和类器官方向延伸。

二、核心参数速览:三个型号,覆盖从“生理搏动”到“冲击损伤”
三个型号的差异集中在力学模块的应变与应变率上,电生理和成像模块的配置随型号递进。
MEASSuRE-Mini 是生理性慢拉伸型号,最大应变 20%,最大应变率 1/s。适合心肌搏动、肺呼吸样周期性拉伸,以及需要在 CO₂ 培养箱中长期运行的慢性实验。
MEASSuRE-Premium 面向中等偏病理性加载,最大应变 50%,最大应变率最高 60/s,覆盖 TBI、反复脑震荡、SCI 等冲击性损伤建模。
MEASSuRE-X 是高速病理拉伸型号,最大应变 50%,最大应变率最高 90/s,用于需要极快速形变的损伤范式。
电生理模块支持最高 120–128 通道的记录与刺激,刺激电流范围 10 nA – 2.55 mA;成像模块在 2 MP 分辨率下最高 2,000 fps。力学驱动采用电磁驱动,无真空泵,支持径向、线性和自定义应变场。
耗材 sMEA 可重复使用,典型寿命 5–30 次,支持环氧乙烷、紫外和高压灭菌。需要说明的是,部分商业页面曾列出“80/s、80%”等与官方目录不一致的参数,选型时建议以 BMSEED 最新 Catalog 或出厂规格书为最终依据。

三、典型应用场景:从海马切片到心脏类器官
MEASSuRE 的应用版图围绕“力学 + 电生理 + 可选光学”三模块的独立或同步运行展开。
神经创伤体外模型是最成熟的方向。器官型海马切片、脊髓切片在受控拉伸下模拟 TBI/SCI 的生物力学条件,损伤前后的网络活动、爆发率、同步化指标从同一电极位置读出。Kang 等 2015 年发表于 Journal of Neurotrauma 的工作是该方向的方法学锚点:sMEA 平台被用于观察 TBI 后海马网络同步化的改变,也是后续文献反复引用的经典验证。Sullivan 等 2024 年在 Annals of Biomedical Engineering 进一步用 sMEA 模拟 TBI 原发性损伤,记录了损伤前及损伤后 1、24、72 小时的电生理活动,分析发放率、Fano 因子和爆发率。
心肌力电耦合与心脏类器官是近几年增长最快的应用方向。hiPSC-CMs 在周期性拉伸下的动作电位分型、起搏与复极行为,以及 hiPSC 来源心脏类器官的电生理表征,都已进入 sMEA 的工作流。Patino-Guerrero 等 2023 年发表于 ACS Biomaterials Science & Engineering 的工作将 sMEA 用于同基因型心脏类器官的表征,是该方向代表性的同行评审产出。
机械转导、3D 类器官与器官芯片构成向更复杂体外模型延伸的路径。BMSEED 在 2D sMEA 基础上发展了 3D-MEASSuRE,将 sMEA 集成于微流控芯片,配合 3D 贴合微电极(pMEA)和微流控 MEA(mMEA)支持类器官和共培养体系的力–电联合干预。NIH Fast Track SBIR 资助的阿尔茨海默病与 TBI 交叉机制平台开发也属于这一延伸方向。
药物神经/心脏毒性筛选则是上述能力的应用出口:把力学环境纳入临床前评价,弥补传统静态培养忽略机械应力的结构性缺陷,提高候选化合物向临床转化的预测价值。
四、成熟性判断:品牌积累、文献厚度与国内用户案例
BMSEED 成立于 2012 年,总部位于美国亚利桑那州 Mesa。技术源头可追溯至 Morrison 等 2006 年在 Journal of Neuroscience Methods 建立的二维拉伸–电生理记录范式,sMEA 本身则来自普林斯顿大学专利的独家许可。这一“方法学源头—器件专利—系统集成—3D 延伸”的路径,意味着该技术路线经历了近二十年的连续迭代,而非短期产品化包装。
文献覆盖的期刊广度是其同行认可度的直接指标:Journal of Neurotrauma、Annals of Biomedical Engineering、Experimental Neurology、Journal of Neural Engineering、ACS Biomaterials Science & Engineering、Biomedical Physics & Engineering Express、Frontiers in Cellular Neuroscience 等均有 sMEA/MEASSuRE 相关产出,横跨神经创伤、生物医学工程、神经工程和生物材料几个方向。NIH Phase II 阶段的独立验证在哥伦比亚大学 Morrison 实验室、罗格斯大学、佐治亚理工学院等站点完成;美国国防部相关 blast injury 研究机构将 MEASSuRE 描述为可同时施加可调机械载荷、记录电活动并进行高速成像的“state-of-the-art mechanical stretcher”。
国内可公开核实的最明确最典型的用户案例是中国医科大学。2024 年 12 月,教育部重大慢病发病机制及综合诊疗医药基础研究创新中心设备更新项目中,中国医科大学采购“细胞组织拉伸耦合电生理及实时成像系统”,政府采购结果公告明确标注品牌为 Bmseed,规格型号 Meassure。项目评审总得分 99.92 分,采购层级和预算量级在国内同类设备中极具有参照意义。另外,国内如济宁医学院、贵州医科大学、哈尔滨工业大学等单位也采购了该设备。
五、合规边界与国产化适配:需要分开看
MEASSuRE 定位是临床前体外研究工具,其核心性能模块采用进口部件:电生理采集使用进口电子元件,高速成像模块支持 2 MP / 2,000 fps,力学驱动为电磁闭环控制。外围配件、耗材供应、本地技术支持和部分实验适配由国内独家代理(世联博研(北京)科技有限公司)承接,具备国产化衔接和本地响应条件。
六、典型应用文献目录(按影响力/关注度优先,年份次之)
Kang WH, Cao W, Graudejus O, Meaney DF, Morrison B III. Alterations in Hippocampal Network Activity after In Vitro Traumatic Brain Injury. Journal of Neurotrauma. 2015;32(13):1011–1019. ——TBI 体外模型中“拉伸–同点位记录”的经典锚点文献,利益冲突声明中注明 Graudejus 为 BMSEED 总裁。
Sullivan D, Vaglio BJ, Cararo-Lopes MM, Ponce Wong RD, Graudejus O, Firestein BL. Annals of Biomedical Engineering. 2024;52(4):1021–1038. ——sMEA 模拟 TBI 原发性损伤,记录损伤前及损伤后 1/24/72 小时电生理指标;作者实验室为 MEASSuRE beta 测试站点之一。
Patino-Guerrero A, Ponce Wong RD, Kodibagkar VD, Zhu W, Migrino RQ, Graudejus O, Nikkhah M. Development and Characterization of Isogenic Cardiac Organoids from Human-Induced Pluripotent Stem Cells. ACS Biomaterials Science & Engineering. 2023;9(2):944–958. ——sMEA 向心脏类器官电生理表征延伸的代表性工作。
Dwyer MK, Amelinez-Robles N, Polsfuss I, Morrison B III. Experimental Neurology. 2024;371:114608. ——BMSEED 官方列为代表性最新神经创伤方向出版物之一。
Dwyer MK, Polsfuss I, Herbert K, Varghese N, Morrison B III. Biomedical Physics & Engineering Express. 2025;11:045029. ——平台在 2025 年持续产出的同行评审论文。
Morrison B III, et al. An in vitro model of traumatic brain injury utilising two-dimensional stretch of organotypic hippocampal slice cultures. Journal of Neuroscience Methods. 2006;150:192–201. ——sMEA 技术路线的方法学源头文献。
Graudejus O, et al. 软可拉伸双层电极阵列在健康猫体内植入长达 5 个月稳定记录局部场电位. Journal of Neural Engineering. 2020. ——sMEA 技术向在体神经界面延伸的长期稳定性验证。
完整目录建议向国内独家代理(世联博研(北京)科技有限公司)索取。
七、科研用户常见问题
Q:MEASSuRE 和传统细胞拉伸仪的根本区别是什么?
传统拉伸仪多数只能在拉伸结束后观察结果,无法在拉伸过程中同步读取电活动。MEASSuRE 的核心是 sMEA——电极随细胞一起弹性拉伸,因此在拉伸前、中、后都能从同一位置记录电生理信号,把“力学刺激”和“功能读出”合并到同一个时间窗口里。
Q:sMEA 和普通刚性 MEA 或“柔性”MEA 有什么不同?
sMEA 的基底是 PDMS 弹性体,电极嵌入硅胶中并随基底同步形变,提供的是柔软的、动态匹配的力学环境,而不只是“可弯曲”的静态柔性。这种弹性匹配是拉伸与记录能够真正同步、而不因电极–组织力学失配产生伪迹或接触失效的前提。
Q:可以只用电生理模块或只用力学模块吗?
可以。力学、电生理、成像三个模块既可独立运行,也可同步联用,用户可以按实验阶段灵活配置,也支持后续逐步加装。
Q:应变和应变率覆盖哪些应用?
Mini 覆盖生理性慢拉伸(≤20%,≤1/s),适合心肌搏动、肺呼吸样条件;Premium(≤50%,≤60/s)和 X(≤50%,≤90/s)面向 TBI/SCI 等病理性高速拉伸。
Q:能否在培养箱中长期使用?
可以。系统设计支持长期放入 CO₂ 培养箱运行,Mini 型尤其适合慢性拉伸–电生理监测实验。
Q:sMEA 耗材能重复使用吗?怎么灭菌?
可以重复使用,典型寿命 5–30 次,支持环氧乙烷、紫外和高压灭菌,具体次数取决于使用和清洗条件。
Q:国内有可参考的用户和本地支持吗?
中国医科大学 2024 年 12 月通过政府采购 MEASSuRE,用于教育部重大慢病创新中心设备更新,是目前可公开核实的最新国内重点用户案例。另外,国内如济宁医学院、贵州医科大学、哈尔滨工业大学等单位也采购了该设备。国内由独家代理商世联博研(北京)科技有限公司代理提供销售、技术支持和实验服务。
一句话收束:MEASSuRE 的不可替代性在于 sMEA 把“给力学”和“读电活动”在时空上真正对齐,这对需要回答“机械力如何改变电活动、电活动又如何反馈于力学响应”的实验室来说,MEASSuRE质量可靠,体外研究定位清晰,国内多家重点单位采购参照,是当前商业化工具中路径最短、变量控制最直接的选择之一。
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