賽多利斯攜手英偉達布局這一賽道，21世紀它有多重要？

近日，德國哥廷根（G?TTINGEN）——生命科學集團Sartorius正在擴大與NVIDIA的多學科合作，以幫助開發新的更好的療法，將Sartorius對生命科學和生物處理的深入知識與NVIDIA的人工智能計算平臺和軟件相結合。

“生物相互作用異常復雜。通過將生命科學專業知識與人工智能解決方案相結合，更好地利用數據，是簡化和加速生物制藥藥物發現和制造進展的一種有前途的方法。與NVIDIA擴大合作將有助于為我們的客戶并最終為患者帶來相關的技術創新。”Sartorius首席技術官奧斯卡·沃納·雷夫博士說。

Sartorius自2020年以來一直與NVIDIA合作。生命科學集團已將NVIDIA的技術集成到其儀器中，使其活細胞成像平臺的邊緣計算應用能夠在實驗室中進行商業化AI分析。

合作的重點是開發干細胞衍生類器官的預測性AI模型，以替代藥物發現和精準醫學中的動物模型。Sartorius還使用NVIDIA解決方案進行預測性生物過程設計，并使用模擬工具制造創新療法。

一、類器官的前世今生

類器官技術的起源可追溯至20世紀末的干細胞研究，但其真正興起是在2009年，荷蘭Hubrecht研究所的Hans Clevers教授及其團隊取得了里程碑式的成就。他們利用LGR5陽性的腸道干細胞，在體外成功培育出了包含小腸隱窩和絨毛結構的類器官。這一創新不僅證實了成體干細胞在三維環境下自我更新和分化的潛能，也標志著類器官技術作為研究工具的正式誕生。此后的數年間，全球范圍內的科研團隊不斷拓展這項技術的應用邊界，成功培育出包括肝臟、胰腺、肺、腦等多種人體組織的類器官模型，極大地推動了該領域的快速發展。

二、類器官技術的深入解析

類器官的構建不僅僅局限于成體干細胞，多能干細胞（如iPSCs）的加入進一步豐富了其來源多樣性。這些細胞在特定的三維微環境中，通過模擬胚胎發育過程中的信號調控，能夠自發組裝成具有目標器官特異性結構和功能的小型化“迷你器官”。盡管體積微小，類器官卻能在分子、細胞乃至組織水平上復現原生器官的復雜性，包括細胞極性、組織層次、血管網絡等，為科學家們提供了一個前所未有的研究平臺。

三、類器官培養技術的革新

隨著生物材料科學和微流控技術的進步，類器官的培養環境也日益復雜和精確。基于支架的3D培養利用天然或合成材料作為細胞附著和生長的基礎，而無支架懸浮培養則通過細胞自組裝形成球狀結構，如類器官的“懸掛滴”培養法。此外，先進的生物反應器技術和微囊化技術被用于模擬更真實的生理條件，確保類器官長期穩定傳代的同時，維持其生物學特性。

四、類器官在現代科研中的廣泛應用

類器官模型在藥物篩選、毒性測試、遺傳疾病建模及個性化醫療策略制定等方面展現出巨大潛力。它們為研究人員提供了一種在體外研究人類疾病機制、測試藥物效果及副作用的高效途徑，大大縮短了從實驗室到臨床的距離。在再生醫學領域，類器官技術更是為組織修復和器官重建開辟了新路徑。

1. 疾病建模與藥物篩選

類器官模型已成為研究遺傳性、感染性、退行性及腫瘤性疾病的重要平臺。例如，利用患者的誘導多能干細胞(iPSC)生成的心臟類器官，科學家能夠模擬特定心臟病，如心肌病，進行藥物敏感性和毒理學測試。最新研究中，利用類器官模型重現了COVID-19導致的肺損傷，為評估潛在治療藥物提供了有效途徑。

2. 再生醫學與組織工程

類器官技術在再生醫學領域潛力巨大，尤其是在組織修復和器官替代方面。近期，科學家成功利用3D生物打印技術結合干細胞分化，構建出具有血管網絡的皮膚、腎臟等類器官，為未來實現功能性組織移植打下了基礎。此外，腎上腺類器官的成功培育，為激素相關疾病的治療提供了新方向。

3. 個性化醫療

通過使用患者的個人iPSCs生成類器官，研究人員能夠創建個性化的疾病模型，用于模擬個體對特定藥物的響應。這種個性化類器官模型有助于實現精準醫療，優化治療方案，減少藥物不良反應。目前，已有研究團隊開始探索如何將類器官技術整合入臨床決策支持系統，以指導個性化治療策略。

4. 發育生物學研究

類器官技術為研究器官發育的時空動態提供了實驗模型。通過調節培養條件和細胞外信號，科學家能夠觀察到類器官中細胞分化、遷移和組織形成的詳細過程，從而揭示發育調控的關鍵機制。最新的研究表明，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術在類器官中進行遺傳修飾，能夠精確地模擬特定遺傳變異對器官發育的影響。

5. 藥物代謝與毒理學

類器官芯片技術，如肝臟類器官芯片，正逐漸成為藥物代謝和毒理學研究的首選工具。這些系統能夠更準確地模擬人體器官對藥物的反應，評估藥物的吸收、分布、代謝和排泄（ADME）特性，以及潛在的毒性效應。最近的研究顯示，整合多個類器官芯片形成的“人體-on-a-chip”平臺，能夠更全面地評估藥物對人體系統的綜合影響。

6. 最新研究進展

類器官芯片技術通過與微流控技術的融合，在高通量藥物篩選及系統毒性評估上取得了重要進展，為藥物研發加速并提升了準確性，創建了更高效的平臺。此外，科研人員正致力于將免疫細胞融入類器官模型中，以此來更全面地再現體內環境，這對于解析自身免疫疾病機理、炎癥反應及探究腫瘤如何逃避免疫監視具有重大意義。同時，借助CRISPR-Cas9等基因編輯技術，研究人員能夠在類器官中實現基因的精準修飾，不僅促進了對基因功能的深入認識，也推動了疾病模型構建的精準化發展。

五、倫理、法律與社會考量下的政策框架

鑒于類器官技術涉及人類生物材料和潛在的基因操作，其倫理、法律和社會影響引起了廣泛討論。國際上，如世界衛生組織、歐盟及美國國立衛生研究院等機構紛紛出臺指導原則和監管框架，旨在保護研究對象權益，防止生物倫理風險，同時促進該技術的合理與安全應用。

自2019年起，FDA積極推進類器官等體外微系統在藥物臨床前研究中的應用，并于2021年通過其腫瘤卓越中心倡導在兒童腫瘤研究中使用類器官模型。同年，隨著FDA現代化法案2.0的通過，Alternative Methods Working Group成立，專注于探索新型體內外研究方法。在中國，國家藥品監督管理局藥品審評中心（CDE）于2021年底首次將類器官納入細胞和基因治療產品（CGT）的評估體系中，強調在缺乏適當動物模型時可采用類器官等模型進行研究，并在多項指導原則中提倡使用類器官進行基因治療產品的研究。伴隨《人胃腸道上皮與腫瘤類器官標準操作指南》、《肺癌類器官培養技術規范》等一系列國內標準和專家共識的發布，類器官技術作為新藥研發的標準評價模型得到了加速認可，為獲得藥審部門肯定的數據支持奠定了堅實基礎。

六、類器官技術對未來的深遠影響

展望未來，類器官技術將繼續在生命科學領域扮演核心角色，其應用領域將進一步拓展至精準醫療、新藥開發、遺傳性疾病個性化治療方案的制定等。隨著基因編輯工具如CRISPR-Cas9的結合使用，以及類器官芯片、類器官-機器人交互等新興技術的發展，類器官模型的精準度和實用性將得到大幅提升，為實現個體化醫療愿景和推動醫學進步奠定堅實基礎。

七、支撐類器官研究的先進設備與技術

類器官研究的深入離不開一系列高精尖儀器和技術的支持，其中包括但不限于：高度自動化的3D生物打印技術，用于精準構建復雜組織結構；高分辨率成像系統（如共聚焦顯微鏡、光片層掃顯微鏡）和生物影像分析軟件，以可視化和量化類器官的動態變化；以及先進的細胞分選與單細胞測序技術，深入探究細胞異質性和功能。這些技術的綜合運用，正不斷推動類器官科學向更深層次邁進。

支撐類器官研究的先進設備與技術構成了這一領域創新發展的堅實基石。隨著技術的不斷演進，這些工具不僅增強了類器官模型的構建精度、復雜度和功能性，還極大提升了實驗效率與數據可靠性，為科研人員探索生命科學的最前沿提供了強大助力。

三維生物打印技術

三維生物打印技術是近年來快速發展的一項革命性技術，它能夠根據預設的數字化模型，精確地將生物墨水（含有細胞、生長因子、生物材料等的混合物）層層疊加，構建出具有復雜結構和特定功能的類器官。這種技術使得研究人員能夠按需定制類器官的大小、形狀、細胞組成和微環境，極大地提高了類器官模型的個性化和實用性。

微流控芯片技術

微流控芯片技術，又稱“器官芯片”，通過在微米尺度上操控流體，模擬生物體內的微環境，實現了對類器官功能的精細控制和實時監測。這一技術可以集成多種類器官模型，形成“人體-on-a-chip”系統，用于研究器官間相互作用、藥物代謝動力學及毒性測試，為藥物篩選和疾病模型提供更為精準的平臺。

高內涵成像與分析系統

高內涵成像技術結合自動化圖像分析軟件，能夠對類器官的形態學特征、細胞活力、蛋白質表達等進行高通量、多參數的定量分析。這不僅提高了實驗的效率，還使得研究人員能夠捕捉到類器官在不同條件下的動態變化，深化對疾病發生發展機制的理解。

單細胞測序技術

單細胞測序技術為類器官研究提供了細胞水平的深度解析，能夠揭示細胞間的異質性和復雜的細胞通訊網絡。通過對類器官中每個細胞的基因表達譜進行分析，研究人員可以識別出關鍵的細胞類型、信號通路和潛在的治療靶點，為精準醫療提供重要信息。

高級細胞操作工具

包括激光捕獲顯微切割、流式細胞分選在內的高級細胞操作技術，使研究人員能夠從復雜組織或類器官中準確分離出感興趣的細胞群體，這對于建立純化的細胞系、研究特定細胞類型的特性至關重要。

計算生物學與人工智能

隨著大數據和人工智能技術的融入，類器官研究進入了數據分析的新紀元。這些技術能夠處理和解析來自類器官實驗產生的海量數據，幫助科學家們識別模式、預測結果、優化實驗設計，甚至通過機器學習模型預測藥物反應，加速新藥開發進程。

總之，類器官技術作為生命科學研究的一個重要分支，正處于快速發展之中，它不僅為理解生命奧秘、攻克醫學難題提供了嶄新的視角和工具，也為未來醫學的發展帶來了無限可能。隨著科技的不斷進步，類器官技術有望開啟一個全新的醫學時代，深刻改變我們對疾病的理解、預防和治療方式。