三種類器官解決方案詳細介紹及類器官的應用與優化
前言
追溯人類醫學史，我們發現無數的突破都源于對人體內部奧秘的探索。而今，科學的潮流正助力我們跨越更深層次的理解，揭示著生命的神秘面紗。讓我們一起探索類器官的神奇世界吧！
類器官是干細胞、前體細胞或分化細胞通過細胞-細胞相互作用以及細胞-基質間的相互作用而自發組織的體外三維結構，能夠在多個方面再現體內相應組織或器官的結構與功能。2021年，全球16個國家的60多位專家共同明確了類器官的定義。
類器官技術極大推動了基礎研究進程。傳統二維細胞培養模型與體內組織差異較大，而類器官不僅具備多種細胞類型，還能方便進行基因編輯。在發育生物學研究中，類器官通過胚胎干細胞或誘導多能干細胞定向分化，模擬器官發育過程。類器官芯片技術結合微流控和生物傳感，實現規模化、自動化培養，模擬體內組織特性。類器官在疾病研究、藥物篩選和再生醫學中價值重大，特別是在新冠病毒研究中，通過類器官系統探索病毒入侵機制和藥物篩選，提供了重要的研究基礎。
這篇文章給我們分享了一個關于類器官整合方案的知識，讓我們一起探索一下吧：
儀器名稱與功能
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儀器名稱 |
功能 |
圖片 |
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TIGR組織無酶研磨儀 |
高效快速生成均一性的單細胞懸液 |
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CASY無標記3D細胞分析系統 |
質控單細胞的質量、大小、均一性，質控類器官的大小與均一性 |
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CEROplate96/CEROplate 384超低吸附3D細胞培養板（U型底） |
用于培養液體生成聚集體進而分化為球狀體或者類器官 |
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CELLINK 3D生物打印機BIOX/BIOX6 |
3D生物打印機是一種先進的生物制造設備，專門設計用于精確和高效地構建復雜的3D生物結構，包括類器官。 |
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CELLINK個人型高精度3D生物打印機器BIO ONE |
高精度的打印含有（或無）細胞結構液滴球 |
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CERO 3D細胞類器官培養系統 |
培養聚集體成為球狀體、類器官等 |
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CellDynamics W8 3D細胞分析儀 |
精確質控量化類器官的結構特征 |
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On-chip SiPS單細胞生成系統 |
自動稀釋與分配單個細胞 |
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NETRI器官芯片 |
通過對器官芯片(或類器官模型)中細胞的電生理特征進行分析，可以評估細胞的興奮性、傳導性和整體功能狀態，從而推斷出器官的功能狀態和潛在的異常情況 |
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儀器的原理和應用
1. TIGR組織無酶研磨儀
在醫學領域，技術的進步常常意味著更快、更準確的診斷和治療方法。而今，我們引領醫學進步的道路，帶來了一項革命性的技術——TIGR無酶研磨儀，以下簡稱TG，它是一種基于反向旋轉的機械解離裝置。通過預先編程的交替切割和研磨步驟，TG技術通過高效、快速、保留生物活性的細胞分離，為類器官研究提供了堅實的基礎和工具。
2. CASY無標記3D細胞分析系統
CASY是一種用于細胞計數和細胞質量分析的先進設備。它能夠在三維細胞結構中測量細胞的大小、形狀和數量，并評估細胞的健康狀態。這種儀器通常用于生物醫學研究、藥物篩選、細胞培養和生產等領域。
在類器官的質控方面，CASY無標記3D細胞分析系統可以用于評估類器官的細胞質量和細胞數量。類器官是體外培養的三維細胞結構，可以模擬人體器官的結構和功能。在類器官的培養和研究過程中，確保細胞的數量、健康狀態和一致性非常重要，這些因素直接影響到類器官實驗的可重復性和結果的可信度。
3. CEROplate 96/CEROplates 384
CEROplate 96/384孔板通過提供一個理想的3D培養環境、抗粘附表面、長期培養能力、高通量應用的支持和良好的兼容性，為類器官研究提供了一個強大的工具。它簡化了類器官的培養過程，提升了實驗效率和數據一致性，使得類器官的研究和應用更加便捷和可靠。這兩種超低吸附的U型底的孔板設計獨特，材質對細胞無損，不僅可以在用于誘導產生PSC&ESC&iPSC的聚集體產生從而為類器官的培養和分化創造條件。也可以用于類器官的高通量藥物篩選等下游試驗的研究。
4. BIO X/BIO X6
BIOX和BIOX6 3D生物打印機通過其多材料打印、精確控制的微環境和高效生產能力，為類器官研究和應用提供了強有力的支持。通過打印的類器官在疾病模型、藥物篩選和組織工程中的應用，將顯著推動生物醫學研究的進步。
5. BIO ONE
BIO ONE 個人型高精度3D生物打印機通過其高效、高精度、可溫控的打印技術，為類器官研究和藥物開發提供了強有力的支持。它能夠優化細胞微環境，提高球狀體/類器官的生長質量，節約資源，并加速藥物篩選和研發進程。通過提供高通量和高重復性的實驗條件，BIO ONE顯著提升了類器官研究的效率和效果，使其成為藥物研發中的得力助手。
6. CERO 3D細胞類器官培養系統
CERO 3D懸浮培養系統通過其模擬體內環境的動態懸浮培養方式、高效細胞產量、長期培養能力和精確的環境控制，為類器官研究提供了理想的工具。該系統不僅提高了類器官的細胞活力和成熟度，還降低了運行成本，優化了資源利用，顯著促進了類器官的研究和應用。通過CERO系統，研究者能夠更高效、可靠地培養類器官，加速藥物研發和生物醫學研究的進程。
7. CellDynamics W8 3D細胞分析儀
W8 3D細胞分析儀通過其先進的微流控技術、高速攝像機實時監測和獨特的分選操作，為類器官研究提供了重要的技術支持。它能夠精確量化類器官的結構特征（類器官的密度、大小、細胞外基質、有無空洞和腔隙等），建立密度值與類器官生理狀態之間的關聯，簡化日常實驗流程，提高實驗效率和數據質量。W8的多功能平臺使其在類器官及其他3D細胞模型的研究中發揮了舉足輕重的作用，為科學家提供了強大的工具，助力藥物研發和生物醫學研究的進程。
8. On-chip SiPS單細胞生成系統
On-chip SiPS單細胞生成系統通過其自動化、精確控制的單細胞液滴生成技術，為類器官研究提供了理想的工具。其高效、精確和靈活的操作特點，確保了類器官形成和分析的高質量和高可靠性。該儀器不僅在類器官研究中發揮關鍵作用，還顯著優化了實驗流程和數據分析，為科學家提供了強大的支持，助力類器官相關的生物醫學研究和藥物開發。和TIGR單細胞制備儀聯用，獲取類器官的單細胞，用于后期單細胞測序或數字PCR擴增等下游分析來反饋類器官的指標。
9. NETRI器官芯片
細胞接種在小室中通過腔中的ECM相互作用，模擬類器官的生理、藥理、毒理學功能。這項技術的主要目的是在體外模擬人體器官的生理和病理過程，以便更好地理解疾病的發生機制、藥物的作用機制以及個體化醫療的應用。
NETRI器官芯片電生理是一種用于研究人體器官功能的技術。它基于生物醫學工程原理，利用微型芯片和生物材料構建模擬人體器官的微型環境，以模擬器官的結構和功能。在這種器官芯片中，通過集成電極和傳感器等設備，可以對模擬器官的電活動進行實時監測和記錄。
類器官的解決方案一
NETRI器官芯片電生理技術通過模擬人體器官的微型環境和實時監測電活動，促進對生理和病理過程的理解，為個體化醫療提供重要支持。
類器官的解決方案二
通過TG分離出病變組織中的細胞，培養成類器官，可以用于研究癌癥、遺傳性疾病和感染性疾病等的發病機制和進展。例如，利用患者腫瘤組織分離出的細胞培養腫瘤類器官，可以用于個體化藥物篩選和治療方案的制定。
具體步驟如下：
1. 通過TIGR組織無酶研磨儀分離出病變組織中的細胞，生成單細胞的懸液；
2. CASY來檢測分析單細胞的質量好壞、大小尺寸、均一性、生物豐度等指標；
3. 類器官的生成和培養：
方式1：
· 使用BIO ONE 3D生物分配打印機打印干細胞或其他前體細胞形成球狀體液滴，打印到CERO plate 96或者CERO plate 384低吸附板中，然后通過溫度或者離子交聯的方式使得液滴陣列固化；
· 繼續在孔板中添加誘導培養基來誘導類器官的生成；
· 當聚集體的尺寸為＞300µm時，請按1:30的比例；向培養基中加入CERO solution1；
· 然后轉移至CERO 3D細胞類器官培養系統中加入分化培養基來繼續培養類器官；
· 期間通過CellDynamic W8來監控類器官的均一性、質量密度、大小尺寸，CERO可以實時監控培養基的pH，我們定期更換培養基。
注意事項：
· 類器官培養很容易延續至一年或更長時間。
· CERO solution1 (添加1:30)的使用對類器官的尺寸、致密性和裂變/聚變比有積極的影響，根據類器官的大小，增加培養基的粘度可以支持長期培養。
· 為了自動檢測pH值，每個CEROtube至少需要30 ml的培養基。
· 更換培養基的最少的期限應該在7到12天之間。
· 建議一周更換一次CEROtube。
方式2：
· 也可以使用CERO 3D細胞類器官培養系統來直接培養PSC&ESC&癌細胞形成干細胞（或者癌細胞的）聚集體；
· 類器官的誘導：*停止旋轉5-10min。使PSC聚集體沉降下來；*小心去除上清；*用15ml PBS （無Ca2+ 和 Mg2+）清洗1次；*去除清洗用的PBS；*加入15ml誘導培養基孵育CERO PSC誘導和培養設置如下：
每周更換2次或視需要而定。與2D培養相比，更換頻率下降。建議每周更換一次CEROtube。進行誘導7 - 12天。
· 類器官的培養：
停止旋轉5-10min，使類器官沉降下來；小心去除上清；用15ml PBS （無Ca2+ 和 Mg2+）清洗1次；去除清洗用的PBS；按照下表加入分化培養液（期間通過CellDynamic W8來監控類器官的均一性、質量密度、大小尺寸）：
參考pH值從開始的顏色變化作為指示來更換培養基；停止旋轉5-10min，讓類器官沉降下來；小心去除上清，按比例添加新的培養液。
方式3：
使用CEROplate 96或者CEROplate 384來形成干細胞或者癌細胞的聚集體，然后剩余的步驟與方式2一致。
類器官的解決方案三
生物打印的工作流程：
BIO X/BIO X6 3D生物打印機采用擠出式打印技術，通過計算機控制，在 DNA Studio 軟件的協同下，在內置潔凈室內使用生物墨水將含有細胞、生長因子等生物材料自動打印成與三維數字模型相符的實體模型，滿足多學科交叉的生物3D打印領域研究需求。
· 選擇適當的細胞類型：根據類器官的性質和功能需求，選擇合適的細胞類型，包括基礎細胞、上皮細胞、間質細胞等。
· 使用CASY對于各種細胞類型進行質控。
· 優化生物墨水配方：調整生物墨水的成分和比例，以提高細胞生存率和類器官結構的穩定性。
· 設計合適的支架結構：不需要繁瑣的CAD建模軟件的使用。儀器附帶的DNA studio 4軟件可以設計出適合類器官生長和發育的支架結構，包括通道、孔隙等細微構造。
· 考慮生物相容性和功能性：在設計和打印過程中，充分考慮生物墨水和支架材料的生物相容性和功能性，以確保細胞的生長和功能發揮。
· 優化打印參數：根據生物墨水的特性和類器官的需求，優化BIOX/BIOX6的打印參數，以實現最佳的打印效果和類器官結構。
· 進行預實驗和調試：在正式打印類器官之前，進行預實驗和調試，驗證打印方案的可行性和穩定性。
· 實施打印和培養計劃：根據設計方案，使用BIOX/BIOX6進行類器官的3D打印，并在打印完成后進行細胞種植和培養，以實現類器官的生長和發育。
· 使用CellDynamic W8精確量化類器官的結構特征（類器官的密度、大小、細胞外基質、有無空洞和腔隙等），建立密度值與類器官生理狀態之間的關聯，簡化日常實驗流程，提高實驗效率和數據質量。
· 進行功能性評估和驗證：對打印出的類器官進行功能性評估和驗證，驗證其生物學特性和應用潛力，為后續的研究和應用提供支持和指導。
通過以上步驟和方案，可以有效地利用3D生物打印技術打印出復雜的類器官結構，為生物醫學研究和臨床應用提供新的可能性。
類器官的應用與優化
