探索类器官解决方案

前言

追溯人类医学史，我们发现无数的突破都源于对人体内部奥秘的探索。而今，科学的潮流正助力我们跨越更深层次的理解，揭示着生命的神秘面纱。让我们一起探索类器官的神奇世界吧！

类器官是干细胞、前体细胞或分化细胞通过细胞-细胞相互作用以及细胞-基质间的相互作用而自发组织的体外三维结构，能够在多个方面再现体内相应组织或器官的结构与功能。2021年，全球16个国家的60多位专家共同明确了类器官的定义。

类器官技术极大推动了基础研究进程。传统二维细胞培养模型与体内组织差异较大，而类器官不仅具备多种细胞类型，还能方便进行基因编辑。在发育生物学研究中，类器官通过胚胎干细胞或诱导多能干细胞定向分化，模拟器官发育过程。类器官芯片技术结合微流控和生物传感，实现规模化、自动化培养，模拟体内组织特性。类器官在疾病研究、药物筛选和再生医学中价值重大，特别是在新冠病毒研究中，通过类器官系统探索病毒入侵机制和药物筛选，提供了重要的研究基础。

这篇文章给我们分享了一个关于类器官整合方案的知识，让我们一起探索一下吧：

仪器名称与功能

仪器名称	功能	图片
TIGR组织无酶研磨仪	高效快速生成均一性的单细胞悬液
CASY无标记3D细胞分析系统	质控单细胞的质量、大小、均一性，质控类器官的大小与均一性
CEROplate96/CEROplate 384超低吸附3D细胞培养板（U型底）	用于培养液体生成聚集体进而分化为球状体或者类器官
CELLINK 3D生物打印机BIOX/BIOX6	3D生物打印机是一种先进的生物制造设备，专门设计用于精确和高效地构建复杂的3D生物结构，包括类器官。
CELLINK个人型高精度3D生物打印机器BIO ONE	高精度的打印含有（或无）细胞结构液滴球
CERO 3D细胞类器官培养系统	培养聚集体成为球状体、类器官等
CellDynamics W8 3D细胞分析仪	精确质控量化类器官的结构特征
On-chip SiPS单细胞生成系统	自动稀释与分配单个细胞
NETRI器官芯片	通过对器官芯片(或类器官模型)中细胞的电生理特征进行分析，可以评估细胞的兴奋性、传导性和整体功能状态，从而推断出器官的功能状态和潜在的异常情况

仪器的原理和应用

1. TIGR组织无酶研磨仪

   在医学领域，技术的进步常常意味着更快、更准确的诊断和治疗方法。而今，我们引领医学进步的道路，带来了一项技术——TIGR无酶研磨仪，以下简称TG，它是一种基于反向旋转的机械解离装置。通过预先编程的交替切割和研磨步骤，TG技术通过高效、快速、保留生物活性的细胞分离，为类器官研究提供了坚实的基础和工具。

2. CASY无标记3D细胞分析系统

   CASY是一种用于细胞计数和细胞质量分析的先进设备。它能够在三维细胞结构中测量细胞的大小、形状和数量，并评估细胞的健康状态。这种仪器通常用于生物医学研究、药物筛选、细胞培养和生产等领域。

   在类器官的质控方面，CASY无标记3D细胞分析系统可以用于评估类器官的细胞质量和细胞数量。类器官是体外培养的三维细胞结构，可以模拟人体器官的结构和功能。在类器官的培养和研究过程中，确保细胞的数量、健康状态和一致性非常重要，这些因素直接影响到类器官实验的可重复性和结果的可信度。

3. CEROplate 96/CEROplates 384

   CEROplate 96/384孔板通过提供一个理想的3D培养环境、抗粘附表面、长期培养能力、高通量应用的支持和良好的兼容性，为类器官研究提供了一个强大的工具。它简化了类器官的培养过程，提升了实验效率和数据一致性，使得类器官的研究和应用更加便捷和可靠。这两种超低吸附的U型底的孔板设计独特，材质对细胞无损，不仅可以在用于诱导产生PSC&ESC&iPSC的聚集体产生从而为类器官的培养和分化创造条件。也可以用于类器官的高通量药物筛选等下游试验的研究。

4. BIO X/BIO X6

   BIOX和BIOX6 3D生物打印机通过其多材料打印、精确控制的微环境和高效生产能力，为类器官研究和应用提供了强有力的支持。通过打印的类器官在疾病模型、药物筛选和组织工程中的应用，将显著推动生物医学研究的进步。

5. BIO ONE

   BIO ONE 个人型高精度3D生物打印机通过其高效、高精度、可温控的打印技术，为类器官研究和药物开发提供了强有力的支持。它能够优化细胞微环境，提高球状体/类器官的生长质量，节约资源，并加速药物筛选和研发进程。通过提供高通量和高重复性的实验条件，BIO ONE显著提升了类器官研究的效率和效果，使其成为药物研发中的得力助手。

6. CERO 3D细胞类器官培养系统

   CERO 3D悬浮培养系统通过其模拟体内环境的动态悬浮培养方式、高效细胞产量、长期培养能力和精确的环境控制，为类器官研究提供了理想的工具。该系统不仅提高了类器官的细胞活力和成熟度，还降低了运行成本，优化了资源利用，显著促进了类器官的研究和应用。通过CERO系统，研究者能够更高效、可靠地培养类器官，加速药物研发和生物医学研究的进程。

7. CellDynamics W8 3D细胞分析仪

   W8 3D细胞分析仪通过其先进的微流控技术、高速摄像机实时监测和独特的分选操作，为类器官研究提供了重要的技术支持。它能够精确量化类器官的结构特征（类器官的密度、大小、细胞外基质、有无空洞和腔隙等），建立密度值与类器官生理状态之间的关联，简化日常实验流程，提高实验效率和数据质量。W8的多功能平台使其在类器官及其他3D细胞模型的研究中发挥了举足轻重的作用，为科学家提供了强大的工具，助力药物研发和生物医学研究的进程。

8. On-chip SiPS单细胞生成系统

   On-chip SiPS单细胞生成系统通过其自动化、精确控制的单细胞液滴生成技术，为类器官研究提供了理想的工具。其高效、精确和灵活的操作特点，确保了类器官形成和分析的高质量和高可靠性。该仪器不仅在类器官研究中发挥关键作用，还显著优化了实验流程和数据分析，为科学家提供了强大的支持，助力类器官相关的生物医学研究和药物开发。和TIGR单细胞制备仪联用，获取类器官的单细胞，用于后期单细胞测序或数字PCR扩增等下游分析来反馈类器官的指标。

9. NETRI器官芯片

   细胞接种在小室中通过腔中的ECM相互作用，模拟类器官的生理、药理、毒理学功能。这项技术的主要目的是在体外模拟人体器官的生理和病理过程，以便更好地理解疾病的发生机制、药物的作用机制以及个体化医疗的应用。

   NETRI器官芯片电生理是一种用于研究人体器官功能的技术。它基于生物医学工程原理，利用微型芯片和生物材料构建模拟人体器官的微型环境，以模拟器官的结构和功能。在这种器官芯片中，通过集成电极和传感器等设备，可以对模拟器官的电活动进行实时监测和记录。

类器官的解决方案一

NETRI器官芯片电生理技术通过模拟人体器官的微型环境和实时监测电活动，促进对生理和病理过程的理解，为个体化医疗提供重要支持。

类器官的解决方案二

通过TG分离出病变组织中的细胞，培养成类器官，可以用于研究癌症、遗传性疾病和感染性疾病等的发病机制和进展。例如，利用患者肿瘤组织分离出的细胞培养肿瘤类器官，可以用于个体化药物筛选和治疗方案的制定。

具体步骤如下：

1. 通过TIGR组织无酶研磨仪分离出病变组织中的细胞，生成单细胞的悬液；

2.  CASY来检测分析单细胞的质量好坏、大小尺寸、均一性、生物丰度等指标；

3. 类器官的生成和培养：

方式1：

• 使用BIO ONE 3D生物分配打印机打印干细胞或其他前体细胞形成球状体液滴，打印到CERO plate 96或者CERO plate 384低吸附板中，然后通过温度或者离子交联的方式使得液滴阵列固化；

• 继续在孔板中添加诱导培养基来诱导类器官的生成；

• 当聚集体的尺寸为＞300µm时，请按1:30的比例；向培养基中加入CERO solution1；

• 然后转移至CERO 3D细胞类器官培养系统中加入分化培养基来继续培养类器官；

• 期间通过CellDynamic W8来监控类器官的均一性、质量密度、大小尺寸，CERO可以实时监控培养基的pH，我们定期更换培养基。

注意事项：

• 类器官培养很容易延续至一年或更长时间。

• CERO solution1 (添加1:30)的使用对类器官的尺寸、致密性和裂变/聚变比有积极的影响，根据类器官的大小，增加培养基的粘度可以支持长期培养。

• 为了自动检测pH值，每个CEROtube至少需要30 ml的培养基。

• 更换培养基的最少的期限应该在7到12天之间。

• 建议一周更换一次CEROtube。

方式2：

• 也可以使用CERO 3D细胞类器官培养系统来直接培养PSC&ESC&癌细胞形成干细胞（或者癌细胞的）聚集体；

• 类器官的诱导：*停止旋转5-10min。使PSC聚集体沉降下来；*小心去除上清；*用15ml PBS （无Ca²⁺ 和 Mg²⁺）清洗1次；*去除清洗用的PBS；*加入15ml诱导培养基孵育CERO PSC诱导和培养设置如下：
  

每周更换2次或视需要而定。与2D培养相比，更换频率下降。建议每周更换一次CEROtube。进行诱导7 - 12天。

• 类器官的培养：

  停止旋转5-10min，使类器官沉降下来；小心去除上清；用15ml PBS （无Ca²⁺ 和 Mg²⁺）清洗1次；去除清洗用的PBS；按照下表加入分化培养液（期间通过CellDynamic W8来监控类器官的均一性、质量密度、大小尺寸）：
  

参考pH值从开始的颜色变化作为指示来更换培养基；停止旋转5-10min，让类器官沉降下来；小心去除上清，按比例添加新的培养液。

方式3：

使用CEROplate 96或者CEROplate 384来形成干细胞或者癌细胞的聚集体，然后剩余的步骤与方式2一致。

类器官的解决方案三

生物打印的工作流程：

BIO X/BIO X6 3D生物打印机采用挤出式打印技术，通过计算机控制，在 DNA Studio 软件的协同下，在内置洁净室内使用生物墨水将含有细胞、生长因子等生物材料自动打印成与三维数字模型相符的实体模型，满足多学科交叉的生物3D打印领域研究需求。

• 选择适当的细胞类型：根据类器官的性质和功能需求，选择合适的细胞类型，包括基础细胞、上皮细胞、间质细胞等。

• 使用CASY对于各种细胞类型进行质控。

• 优化生物墨水配方：调整生物墨水的成分和比例，以提高细胞生存率和类器官结构的稳定性。

• 设计合适的支架结构：不需要繁琐的CAD建模软件的使用。仪器附带的DNA studio 4软件可以设计出适合类器官生长和发育的支架结构，包括通道、孔隙等细微构造。

• 考虑生物相容性和功能性：在设计和打印过程中，充分考虑生物墨水和支架材料的生物相容性和功能性，以确保细胞的生长和功能发挥。

• 优化打印参数：根据生物墨水的特性和类器官的需求，优化BIOX/BIOX6的打印参数，以实现最佳的打印效果和类器官结构。

• 进行预实验和调试：在正式打印类器官之前，进行预实验和调试，验证打印方案的可行性和稳定性。

• 实施打印和培养计划：根据设计方案，使用BIOX/BIOX6进行类器官的3D打印，并在打印完成后进行细胞种植和培养，以实现类器官的生长和发育。

• 使用CellDynamic W8精确量化类器官的结构特征（类器官的密度、大小、细胞外基质、有无空洞和腔隙等），建立密度值与类器官生理状态之间的关联，简化日常实验流程，提高实验效率和数据质量。

• 进行功能性评估和验证：对打印出的类器官进行功能性评估和验证，验证其生物学特性和应用潜力，为后续的研究和应用提供支持和指导。

通过以上步骤和方案，可以有效地利用3D生物打印技术打印出复杂的类器官结构，为生物医学研究和临床应用提供新的可能性。

类器官的应用与优化