三維細(xì)胞灌流類器官仿生培養(yǎng)系統(tǒng)

（一）功能應(yīng)用

體內(nèi)模型存在許多局限性：較高的實驗成本、有限的吞吐量、倫理問題和遺傳背景的差異。更重要的是，與人類相比，它們在藥物效應(yīng)和/或疾病表型方面表現(xiàn)出巨大的生理差異，這解釋了臨床試驗經(jīng)常失敗的原因。

Kirkstall Ltd.zhuanli技術(shù)的Quasi Vivo®器官芯片微生理系統(tǒng)又稱為微流體“芯片上器官”系統(tǒng)，具有相互連接的細(xì)胞培養(yǎng)單元，為類器官生長提供更具生理相關(guān)性的體內(nèi)微環(huán)境。

三維細(xì)胞灌流類器官仿生培養(yǎng)系統(tǒng),,通過提供一種近生理的體外模型，模擬細(xì)胞微環(huán)境，具有更完整的結(jié)構(gòu)和功能，解決動物與人類之間的種屬差異，且可在體外模擬多種器官特異性疾病狀態(tài)，反映藥物在體內(nèi)的動態(tài)變化規(guī)律和人體器官對藥物刺激的真實響應(yīng)，捕捉復(fù)雜的生理學(xué)反應(yīng)，并滿足高通量的要求。它是一個多室流動系統(tǒng)，為類器官培養(yǎng)提供了一個緊湊、易于使用的解決方案，包括2D、3D、屏障，或多器官。在疾病模型，藥物篩選和毒性測試，再生醫(yī)學(xué)和組織工程，發(fā)育生物學(xué)研究，感染與免疫研究，個性化醫(yī)學(xué)，癌癥研究等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

（二）三維細(xì)胞灌流類器官仿生培養(yǎng)系統(tǒng),,性能特點

Quasi Vivo® 作為一種先進(jìn)的器官芯片系統(tǒng)，專門設(shè)計用于解決學(xué)術(shù)和工業(yè)研究人員在開展體外和體內(nèi)研究時遇到的主要問題，具有下列性能優(yōu)勢：
1.功能延展性強(qiáng)
可選擇氣液界面、液液界面、支架和流動方案的多樣化培養(yǎng)方式
允許獨立、可控的空氣、氣體或液體層流流向頂端和基底外側(cè)
滿足多器官/多細(xì)胞共培養(yǎng)，細(xì)胞間的信號傳遞等實驗要求。加速類器官細(xì)胞分化和成熟，提高細(xì)胞活力，適合長期培養(yǎng)
2.成像友好
配備了光學(xué)窗口在頂部或底部表面，便于理想的實時高分辨率成像
3.易于獲取樣本
直接收集樣本和獲取組織或液體樣本
4.模擬生物力學(xué)和濃度梯度
嚴(yán)格控制多個變量，可以模擬生理特征，如血液循環(huán)，組織間液流動態(tài)等，為細(xì)胞提供生物力學(xué)信號；可以實現(xiàn)免疫細(xì)胞共培養(yǎng)以及血管化等復(fù)雜模型構(gòu)建；用于研究多種生理過程，如細(xì)胞遷移、分化、免疫反應(yīng)以及癌癥的轉(zhuǎn)移等
5.便攜和易于操作
緊湊型模塊化腔室結(jié)構(gòu)，具有更高人體生理相關(guān)性
占地面積小，節(jié)省空間，可兼容標(biāo)準(zhǔn)實驗室的孵化器

（三）產(chǎn)品應(yīng)用案例及發(fā)表文獻(xiàn)

1) Berger E, Magliaro C, Paczia N, Monzel AS, Antony P, Linster CL, Bolognin S, Ahluwalia A, Schamborn JC. Millifluidic culture improves human midbrain organoid vitality and differentiation. Lab Chip, 2018, 18, 3172-3183.

在本研究中，作者建立了一個在Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片微流體條件下穩(wěn)定的腦類器官培養(yǎng)物，并將其與使用計算流體動力學(xué)（CFD）和常規(guī)實驗方法中的連續(xù)軌道振蕩方法進(jìn)行了比較。CFD分析是為了確定在兩種實驗裝置中計算出的氧氣量的差異是否可以用來解釋在兩種條件下培養(yǎng)的類器官中觀察到的任何差異。這一比較顯示了培養(yǎng)質(zhì)量的改善，包括一個減少的“死核心”，并被模型證實，并增加了多巴胺能分化。

2) Ramachandran S, Schirmer K, Münst B, Heinz S, Ghafoory S, W?lfl S, Simon-Keller K, Marx A, ?ie C, Ebert M, Walles H, Braspenning J and Breitkopf-Heinlein K (2015). In Vitro Generation of Functional Liver Organoid-Like Structures Using Adult Human Cells. PLOS ONE, 10(10), e0139345.

在本研究中，作者使用upcyte®人肝細(xì)胞在體外生成肝類器官，在Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片中進(jìn)一步培養(yǎng)10天后，這些肝類器官表現(xiàn)出典型的肝實質(zhì)功能特征，包括細(xì)胞色素P450、CYP3A4、CYP2B6和CYP2C9的活性，以及一些標(biāo)記基因和其他酶的mRNA表達(dá)。

3) Cancer cells grown in 3D under fluid flow exhibit an aggressive phenotype and reduced responsiveness to the anti-cancer treatment doxorubicin, Tayebeh Azimi, Marilena Loizidou & Miriam V. Dwek ,Scientific Reports volume 10, Article number: 12020 (2020)

腫瘤微環(huán)境（TME）作為癌細(xì)胞行為調(diào)節(jié)劑的重要性已被gongren，并導(dǎo)致了3D體外癌癥模型的發(fā)展。癌癥的3D實驗室體外模型旨在概括腫瘤微環(huán)境的生化和生物物理特征，并旨在以生理相關(guān)的方式使研究癌癥和新的治療方式成為可能。本文作者研究了乳腺癌細(xì)胞在2D、3D和3D微流體條件下，并對比了不同培養(yǎng)條件下的乳腺癌細(xì)胞的凋亡、增殖和缺氧相關(guān)基因的細(xì)胞活力和表達(dá)水平。

在該實驗過程中，癌細(xì)胞被制備成一個密集的3D團(tuán)塊，創(chuàng)造了一個在Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片流體流動條件下的腫瘤類器官，將腫瘤類器官暴露于流體和壓力的生理條件下，會導(dǎo)致其生長、形態(tài)和對hualiao挑戰(zhàn)的敏感性的變化。該模型系統(tǒng)為組織密度和流體流動的作用提供了關(guān)鍵證據(jù)，并為使用3D模型作為癌癥藥物測試平臺的研究人員提供參考。

4）Geddes, L., Themistou, E., Burrows, J. F., Buchanan, F. J., & Carson, L. (2021). Evaluation of the In Vitro Cytotoxicity and Modulation of the Inflammatory Response by the Bioresorbable Polymers Poly(D,L-lactide-coglycolide) and Poly(L-lactide-co-glycolide). Acta Biomaterialia, 134, 261-275.

醫(yī)療設(shè)備必須進(jìn)行一系列的測試，以確保其在臨床使用中是安全的，這些測試由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）規(guī)定。每個醫(yī)療設(shè)備都需要進(jìn)行細(xì)胞毒性分析，這通常是體外生物相容性測試的第一步。這些測試提供了一種高效的方法來確定一種物質(zhì)或一種物質(zhì)對活細(xì)胞的細(xì)胞毒性，然而，它們的使用有限，因為它們不能用于確定細(xì)胞死亡的原因。在生物材料開發(fā)的早期階段測試體外免疫反應(yīng)目前還沒有納入標(biāo)準(zhǔn)程序。深入了解體外細(xì)胞對生物材料的反應(yīng)將有助于早期檢測和預(yù)測潛在的不良反應(yīng)。

為了復(fù)制體內(nèi)環(huán)境和增加生理相關(guān)性，本文作者采用了Kirkstall Quasi Vivo®“芯片上的器官”流動培養(yǎng)系統(tǒng)，用于測試聚合物樣品。

5）Susanne Reinhold, Christian Herr, Yiwen Yao , Mehdi Pourrostami, Felix Ritzmann. Modeling of lung-liver interaction during infection in a human microfluidic organ-on-a-chip, bioRxiv preprint posted June 5, 2023.


肺炎等呼吸道感染在世界范圍內(nèi)造成高死亡率和發(fā)病率。器官芯片技術(shù)在過去幾年中發(fā)展起來，以建立基于人類的疾病模型，研究基本的疾病機(jī)制，并為加速藥物開發(fā)提供工具。本研究的目的是建立一個肺-肝微流控系統(tǒng)來研究感染過程中兩個器官模塊的相互作用。

作者利用原代人支氣管（HBECs）或肺泡上皮細(xì)胞和人肝癌Huh-7細(xì)胞，通過Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片建立了雙器官（肺/肝）微流控系統(tǒng)，開展共培養(yǎng)/刺激試驗。將不可分型流感嗜血桿菌（NTHi）和銅綠假單胞菌（PAO1）應(yīng)用于肺模塊。通過dot-blot分析篩選分泌的介質(zhì)并進(jìn)行定量。通過mRNA測序，分析肺上皮細(xì)菌刺激對肝細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的影響。

（四）產(chǎn)品用戶概況

全球使用Kirkstall Quasi Vivo®器官芯片微生理系統(tǒng)的學(xué)術(shù)及研究機(jī)構(gòu)已超過100+個，遍布美國、英國、法國、瑞典、奧地利、意大利、荷蘭、瑞士、日本等。目前器官芯片微生理系統(tǒng)已成功用于以下類器官模型的構(gòu)建：

（五）品牌制造商簡介

Kirkstall Ltd.成立于 2006 年，是 Braveheart Investment Group plc 的子公司，總部位于英國約克。Kirkstall開發(fā)了一種創(chuàng)新的微生理系統(tǒng)的器官芯片模型Quasi Vivo®。作為器官芯片技術(shù)的lingdaozhe，Kirkstall已經(jīng)建立了牛津大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所等著名的大學(xué)實驗室的龐大用戶群，產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)享有盛譽(yù)。

北京基爾比生物科技有限公司是Kirkstall ltd.授權(quán)在中國的weiyi和dujia總代理商，全面負(fù)責(zé)Kirkstall公司旗下所有產(chǎn)品在中國的銷售，市場推廣和技術(shù)支持等事宜。