CERO全自动3D细胞培养系统——助力类器官研究的绝佳利器

尊敬的科研工作者们！

你们一定听说过CERO 3D Incubator & Bioreactor这款细胞培养系统吧！它在类器官研究领域具有显著优势，让我们一起来了解一下吧！

首先，CERO提供了最佳的细胞培养环境，通过独特的3D细胞培养技术，监测和控制温度、pH和二氧化碳水平，为类器官的生长和发育提供最适宜的条件。

其次，CERO能够提高类器官的复杂性和成熟度，模拟更真实的生理结构和功能。这对于研究类器官在特定生理环境下的反应和功能具有重要意义，让我们的研究更加接近真实，更有说服力。

再次，CERO减少了对嵌入基质的依赖，提供最大的均匀性和稳定性(如CEROtubes有独特的鳍状设计)，使得类器官的培养更加标准化和可重复。这对于研究结果的可靠性和可比较性非常重要，让我们的实验更精准，更可信。

最后，CERO适用于各种组织类型的类器官培养，如肝脏、肾脏、肠道、皮肤等，具有广泛的应用价值。无论你是研究肝脏还是皮肤，CERO都能满足你的需求。

我们一起了解一下类器官的前世今生

类器官的起源——自组织现象：类器官的起源可以追溯到1907年，当时44岁的美国贝克罗莱那大学教授威尔逊 (H. V. Wilson)发现通过机械分离的海绵(sponge)细胞可以重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体，他的研究结果于1910年发表。

Wilson, H. V. Development of sponges from dissociated tissue cells(1910)

我们要知道类器官是由多个不同类型的细胞组成，协同工作以执行特定的功能，类似于真正的器官。它们可以是人工合成的，也可以是通过再生医学技术生长出来的。类器官的来源总结还有如下图六种：

Xu et al. Journal of Hematology & Oncology (2018)

近年来火热的干细胞研究，主要开始于上世纪末。1987年，A.J. Friedenstein发现间充质干细胞 (Mesenchymal Stem Cell,MSC)。1998年，美国生物学家James Thomson首次分离得到人胚胎干细胞。2007年，Thomson教授成功制造出人诱导多能干细胞 (induced Pluripotent Stem Cells,iPSC).如今，绝大多数类型的非肿瘤来源的人源类器官均可由MSC或iPSC发育而来，干细胞研究的飞速进展为类器官研究带来新的活力。

近十余年类器官的发展，如下图

类器官发展历程

(Claudia Corrò et al. Am J Physiol Cell Physiol, 2020)

CERO是如何促进类器官的研究进展的呢？我们这里有几个案例可以给大伙儿一起分享一下吧

·CERO进行心脏组织模型的研究（心脏类器官的研究案例）

干细胞来源的心肌细胞在心血管研究、疾病模型和药物开发等领域受到越来越多的关注。研究方法：使用CERO作为一个完整的工作流平台，让干细胞以均匀的聚集体形式扩增，然后直接诱导成为大量的跳动的心脏体。使用CERO进行多能干细胞的扩增和心肌分化，与传统的轨道振荡器相比，可以提高心肌细胞的质量、均匀性、完整性和产量。研究结果：使用CERO可以实现从干细胞到心肌细胞的高效转化，形成具有生理功能的心脏组织模型，用于各种应用。

CERO 3D与轨道振荡器的比较—鼠胚干细胞

诱导心肌细胞后的3、8和13天分化研究

这里有一段来自CERO的客户（Jaya Krishnan教授，法兰克福歌德大学心血管再生研究所，Genome Biologics联合创始人）的评价：

“我们所有研究的最终目标是识别和开发具有临床相关性的治疗人类心脏病的药物。为此，我们利用人类自组织的心脏类器官进行高通量药物筛选，以及利用体内的人类先天性疾病的遗传模型，作为我们的实验平台，结合腺相关病毒（AAV）和反义RNA作为治疗剂。CERO 3D大大简化了我们的心脏类器官生成的工作流程，并使我们能够显著提高类器官的生产规模。使用CERO 3D生成的类器官显示出更好的细胞组织，以及在生产批次内外的均匀性和一致性。”

·不仅如此，CERO还应用于猪的肌源性类器官的研究（该研究于2022年在Cells上发表，影响因子≥4.9）

三维细胞培养技术比平面表面更适合模拟体内细胞环境。球体是多细胞聚集体，我们旨在使用中型培养箱和生物反应器混合设备，制备无支架的肌源性起源球体，称为肌球体。首次使用这种技术从原始猪肌细胞（PMC）获得球体，并将其形态学和生长参数、标记物表达和肌源潜能与C2C12来源的球体进行了比较。两种细胞类型都能在生物反应器中在24小时后形成圆形球体。C2C12球体的平均直径（44.6µm）大于PMC球体（32.7µm），最大直径超过了1mm。C2C12细胞形成的聚集体较PMC更少，并具有更高的密集度（细胞核/平方毫米）。从球体中分离后，C2C12细胞和PMC开始再次增殖，并能够分化为肌源系谱，通过肌管形成和FActin、Desmin、MyoG和Myosin的表达来证明。在C2C12中，球体中观察到多核合体和Myosin的表达，表明加速了肌源分化。总之，中型培养箱和生物反应器系统适用于从原始肌细胞中形成和培养球体，并保持其肌源潜能。

Cells 2022, 11,1453. https://doi.org/10.3390/cells11091453

·CERO还应用于脑类器官的发育研究：“跨发育过程中从中等到纳米尺度成像三维脑器官结构”

并在2022年发表于HUMAN DEVELOPMENT

文献索引：Development(2022)149,dev200439.doi:10.1242/dev.200439

根据Paşca等人（2015）的改良方案，使用CERO 3D培养箱-生物反应器的步骤如下：

1、iPSCs解离：使用StemProAccutase将iPSCs解离成单细胞悬浮液。

2、类器官形成：将1.5×106个iPSCs转移到AggreWell800板中，每个微孔中含有5000个细胞。使用培养基，包括50% DMEM-F12 GlutaMax、50%神经基底培养基。添加以下成分到培养基中：1:100 B-27、1:200 N-2、1:200 MEM-NEAA、1mM L-谷氨酰胺、1:1000 β-巯基乙醇、10μg/ml胰岛素。添加两种SMAD途径抑制剂dorsomorphin（1μM）和SB-431542（10μM），以及ROCK抑制剂Y-27632（10μM）。将具有和不具有霍乱弧菌诱导eGFP构建物的iPSC按10/90的比例混合。在最初的5天里，每天更换不含ROCK抑制剂的培养基。

类器官培养：将类器官转移到CEROtubes中，放入旋转的CERO 3D生物反应器。从第5天到第12天，每隔一天喂养类器官。在第12天，改用含有bFGF（10ng/ml）而不是SMAD抑制剂的培养基培养4天。从第16天开始，类器官在未添加补充物的情况下维持，每隔一天更换一次培养基。

·LSFEM的器官样本准备

LSFEM的器官样本准备包括固定、渗透化、免疫染色、嵌入和消化等步骤。通过对样本的处理和扩张，可以实现清晰的成像和超分辨率的分析。（F，G）示例展示了根据II方案（CERO培养制备）的3个月大脑器官样本（F）和根据I方案(6孔板培养制备)的2个月大脑器官样本（G）的光学切片。两者都经过Hoechest和ZO1的染色。

综合以上步骤，CERO 3D生物反应器能够在中-纳米级光学分辨率下对整个脑器官体进行缩放，获得关于脑器官体结构和亚细胞细节的全面视图。同时，通过LSFEM的超分辨率成像，可以可视化保留有空间信息的突触，实现对超分辨率下的扩展神经回路的分析。通过LSFM和LSFEM的结合，CERO为成熟的脑类器官的分析提供了一种有效的方法。
 

总的来说，CERO在类器官研究方面具有多种优势，如提供最佳细胞培养环境、提高类器官成熟度与复杂性、标准化和可重复培养，适用于多种组织类型。类器官的优势在于模拟人体生理状态、提高实验可靠性与准确性，广泛应用于基础研究、药物研发、临床试验和再生医疗。让我们共同努力，将类器官研究推向新的高度！