赛多利斯携手英伟达布局这一赛道，21世纪它有多重要？
近日，德国哥廷根（GÖTTINGEN）——生命科学集团Sartorius正在扩大与NVIDIA的多学科合作，以帮助开发新的更好的疗法，将Sartorius对生命科学和生物处理的深入知识与NVIDIA的人工智能计算平台和软件相结合。
“生物相互作用异常复杂。通过将生命科学专业知识与人工智能解决方案相结合，更好地利用数据，是简化和加速生物制药药物发现和制造进展的一种有前途的方法。与NVIDIA扩大合作将有助于为我们的客户并最终为患者带来相关的技术创新。”Sartorius首席技术官奥斯卡·沃纳·雷夫博士说。
Sartorius自2020年以来一直与NVIDIA合作。生命科学集团已将NVIDIA的技术集成到其仪器中，使其活细胞成像平台的边缘计算应用能够在实验室中进行商业化AI分析。
合作的重点是开发干细胞衍生类器官的预测性AI模型，以替代药物发现和精准医学中的动物模型。Sartorius还使用NVIDIA解决方案进行预测性生物过程设计，并使用模拟工具制造创新疗法。
一、类器官的前世今生
类器官技术的起源可追溯至20世纪末的干细胞研究，但其真正兴起是在2009年，荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers教授及其团队取得了里程碑式的成就。他们利用LGR5阳性的肠道干细胞，在体外成功培育出了包含小肠隐窝和绒毛结构的类器官。这一创新不仅证实了成体干细胞在三维环境下自我更新和分化的潜能，也标志着类器官技术作为研究工具的正式诞生。此后的数年间，全球范围内的科研团队不断拓展这项技术的应用边界，成功培育出包括肝脏、胰腺、肺、脑等多种人体组织的类器官模型，极大地推动了该领域的快速发展。
二、类器官技术的深入解析
类器官的构建不仅仅局限于成体干细胞，多能干细胞（如iPSCs）的加入进一步丰富了其来源多样性。这些细胞在特定的三维微环境中，通过模拟胚胎发育过程中的信号调控，能够自发组装成具有目标器官特异性结构和功能的小型化“迷你器官”。尽管体积微小，类器官却能在分子、细胞乃至组织水平上复现原生器官的复杂性，包括细胞极性、组织层次、血管网络等，为科学家们提供了一个前所未有的研究平台。
三、类器官培养技术的革新
随着生物材料科学和微流控技术的进步，类器官的培养环境也日益复杂和精确。基于支架的3D培养利用天然或合成材料作为细胞附着和生长的基础，而无支架悬浮培养则通过细胞自组装形成球状结构，如类器官的“悬挂滴”培养法。此外，先进的生物反应器技术和微囊化技术被用于模拟更真实的生理条件，确保类器官长期稳定传代的同时，维持其生物学特性。
四、类器官在现代科研中的广泛应用
类器官模型在药物筛选、毒性测试、遗传疾病建模及个性化医疗策略制定等方面展现出巨大潜力。它们为研究人员提供了一种在体外研究人类疾病机制、测试药物效果及副作用的高效途径，大大缩短了从实验室到临床的距离。在再生医学领域，类器官技术更是为组织修复和器官重建开辟了新路径。
1. 疾病建模与药物筛选
类器官模型已成为研究遗传性、感染性、退行性及肿瘤性疾病的重要平台。例如，利用患者的诱导多能干细胞(iPSC)生成的心脏类器官，科学家能够模拟特定心脏病，如心肌病，进行药物敏感性和毒理学测试。最新研究中，利用类器官模型重现了COVID-19导致的肺损伤，为评估潜在治疗药物提供了有效途径。
2. 再生医学与组织工程
类器官技术在再生医学领域潜力巨大，尤其是在组织修复和器官替代方面。近期，科学家成功利用3D生物打印技术结合干细胞分化，构建出具有血管网络的皮肤、肾脏等类器官，为未来实现功能性组织移植打下了基础。此外，肾上腺类器官的成功培育，为激素相关疾病的治疗提供了新方向。
3. 个性化医疗
通过使用患者的个人iPSCs生成类器官，研究人员能够创建个性化的疾病模型，用于模拟个体对特定药物的响应。这种个性化类器官模型有助于实现精准医疗，优化治疗方案，减少药物不良反应。目前，已有研究团队开始探索如何将类器官技术整合入临床决策支持系统，以指导个性化治疗策略。
4. 发育生物学研究
类器官技术为研究器官发育的时空动态提供了实验模型。通过调节培养条件和细胞外信号，科学家能够观察到类器官中细胞分化、迁移和组织形成的详细过程，从而揭示发育调控的关键机制。最新的研究表明，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术在类器官中进行遗传修饰，能够精确地模拟特定遗传变异对器官发育的影响。
5. 药物代谢与毒理学
类器官芯片技术，如肝脏类器官芯片，正逐渐成为药物代谢和毒理学研究的首选工具。这些系统能够更准确地模拟人体器官对药物的反应，评估药物的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）特性，以及潜在的毒性效应。最近的研究显示，整合多个类器官芯片形成的“人体-on-a-chip”平台，能够更全面地评估药物对人体系统的综合影响。
6. 最新研究进展
类器官芯片技术通过与微流控技术的融合，在高通量药物筛选及系统毒性评估上取得了重要进展，为药物研发加速并提升了准确性，创建了更高效的平台。此外，科研人员正致力于将免疫细胞融入类器官模型中，以此来更全面地再现体内环境，这对于解析自身免疫疾病机理、炎症反应及探究肿瘤如何逃避免疫监视具有重大意义。同时，借助CRISPR-Cas9等基因编辑技术，研究人员能够在类器官中实现基因的精准修饰，不仅促进了对基因功能的深入认识，也推动了疾病模型构建的精准化发展。
五、伦理、法律与社会考量下的政策框架
鉴于类器官技术涉及人类生物材料和潜在的基因操作，其伦理、法律和社会影响引起了广泛讨论。国际上，如世界卫生组织、欧盟及美国国立卫生研究院等机构纷纷出台指导原则和监管框架，旨在保护研究对象权益，防止生物伦理风险，同时促进该技术的合理与安全应用。
自2019年起，FDA积极推进类器官等体外微系统在药物临床前研究中的应用，并于2021年通过其肿瘤卓越中心倡导在儿童肿瘤研究中使用类器官模型。同年，随着FDA现代化法案2.0的通过，Alternative Methods Working Group成立，专注于探索新型体内外研究方法。在中国，国家药品监督管理局药品审评中心（CDE）于2021年底首次将类器官纳入细胞和基因治疗产品（CGT）的评估体系中，强调在缺乏适当动物模型时可采用类器官等模型进行研究，并在多项指导原则中提倡使用类器官进行基因治疗产品的研究。伴随《人胃肠道上皮与肿瘤类器官标准操作指南》、《肺癌类器官培养技术规范》等一系列国内标准和专家共识的发布，类器官技术作为新药研发的标准评价模型得到了加速认可，为获得药审部门肯定的数据支持奠定了坚实基础。
六、类器官技术对未来的深远影响
展望未来，类器官技术将继续在生命科学领域扮演核心角色，其应用领域将进一步拓展至精准医疗、新药开发、遗传性疾病个性化治疗方案的制定等。随着基因编辑工具如CRISPR-Cas9的结合使用，以及类器官芯片、类器官-机器人交互等新兴技术的发展，类器官模型的精准度和实用性将得到大幅提升，为实现个体化医疗愿景和推动医学进步奠定坚实基础。
七、支撑类器官研究的先进设备与技术
类器官研究的深入离不开一系列高精尖仪器和技术的支持，其中包括但不限于：高度自动化的3D生物打印技术，用于精准构建复杂组织结构；高分辨率成像系统（如共聚焦显微镜、光片层扫显微镜）和生物影像分析软件，以可视化和量化类器官的动态变化；以及先进的细胞分选与单细胞测序技术，深入探究细胞异质性和功能。这些技术的综合运用，正不断推动类器官科学向更深层次迈进。
支撑类器官研究的先进设备与技术构成了这一领域创新发展的坚实基石。随着技术的不断演进，这些工具不仅增强了类器官模型的构建精度、复杂度和功能性，还极大提升了实验效率与数据可靠性，为科研人员探索生命科学的最前沿提供了强大助力。
三维生物打印技术
三维生物打印技术是近年来快速发展的一项革命性技术，它能够根据预设的数字化模型，精确地将生物墨水（含有细胞、生长因子、生物材料等的混合物）层层叠加，构建出具有复杂结构和特定功能的类器官。这种技术使得研究人员能够按需定制类器官的大小、形状、细胞组成和微环境，极大地提高了类器官模型的个性化和实用性。
微流控芯片技术
微流控芯片技术，又称“器官芯片”，通过在微米尺度上操控流体，模拟生物体内的微环境，实现了对类器官功能的精细控制和实时监测。这一技术可以集成多种类器官模型，形成“人体-on-a-chip”系统，用于研究器官间相互作用、药物代谢动力学及毒性测试，为药物筛选和疾病模型提供更为精准的平台。
高内涵成像与分析系统
高内涵成像技术结合自动化图像分析软件，能够对类器官的形态学特征、细胞活力、蛋白质表达等进行高通量、多参数的定量分析。这不仅提高了实验的效率，还使得研究人员能够捕捉到类器官在不同条件下的动态变化，深化对疾病发生发展机制的理解。
单细胞测序技术
单细胞测序技术为类器官研究提供了细胞水平的深度解析，能够揭示细胞间的异质性和复杂的细胞通讯网络。通过对类器官中每个细胞的基因表达谱进行分析，研究人员可以识别出关键的细胞类型、信号通路和潜在的治疗靶点，为精准医疗提供重要信息。
高级细胞操作工具
包括激光捕获显微切割、流式细胞分选在内的高级细胞操作技术，使研究人员能够从复杂组织或类器官中准确分离出感兴趣的细胞群体，这对于建立纯化的细胞系、研究特定细胞类型的特性至关重要。
计算生物学与人工智能
随着大数据和人工智能技术的融入，类器官研究进入了数据分析的新纪元。这些技术能够处理和解析来自类器官实验产生的海量数据，帮助科学家们识别模式、预测结果、优化实验设计，甚至通过机器学习模型预测药物反应，加速新药开发进程。
总之，类器官技术作为生命科学研究的一个重要分支，正处于快速发展之中，它不仅为理解生命奥秘、攻克医学难题提供了崭新的视角和工具，也为未来医学的发展带来了无限可能。随着科技的不断进步，类器官技术有望开启一个全新的医学时代，深刻改变我们对疾病的理解、预防和治疗方式。
