什么是器官芯片?
器官芯片 (OoC) 是一种使用微加工技术在芯片大小的设备上创建肺、心脏或肠道等生物器官微型模型的技术。这些微加工设备由微型平台上生长的活细胞组成,并且可模拟其所代表器官的结构和功能。细胞通常以一种模拟器官的天然三维结构和灌注流体的方式排列,如血液或空气,以展现器官的生理环境。
OoC 技术可用于创建更准确可靠的器官和组织模型,以更好地重现器官内细胞的复杂微环境和相互作用。与传统的 2D 细胞培养相比,3D 细胞模型可用于更准确可靠地研究疾病、药物开发和毒理学。

OrganoPlate® 3 通道 64 培养芯片和示意图以及依靠 ECM 凝胶生长的一小管细胞的图示。
器官芯片技术如何发挥作用
器官芯片技术通常包括一种聚合物材料,该材料被模制成可模拟目标器官形态的某些方面的形状。然后将细胞接种到芯片上,让其生长并形成类似于组织细胞组成和结构的功能性 3D 结构。在一些情况下,可以将芯片设计为包括微流控通道(模拟器官的微脉管系统),以提供血液流动或其他生理条件,包括向细胞提供营养物质和氧气。
为了更真实地展现目标器官,可以合并各类细胞以形成 3D 结构。这可以通过使用不同的细胞层或使用水凝胶类基质模拟器官的细胞外基质来实现。可以应用各种技术来模拟器官的机械、电气和化学微环境。例如,可以用流体灌注芯片以提供血液流动,或者可以机械刺激芯片以模拟心脏收缩。此外,可以将传感器集成到芯片中,以测量氧气、pH 值和温度等参数,从而监测细胞的健康状况和功能。
将芯片置于培养箱中,在培养箱中可通过显微镜检查、成像或生化测定等各种技术监测细胞生长。一旦芯片功能齐全,科学家就可以采用一种受控且高度可重现的方式,用它来研究疾病、药物开发和毒理学。这是因为芯片可用于模拟相同的条件,每次进行实验时都采用相同的方式,从而使科学家始终能够比较不同实验和处理中的数据。
器官芯片测定自动化可实现高通量筛选
在这里,我们描述了 OoC 培养以及监测和自动化细胞分析的自动化工作流程。自动化方法利用包含多种仪器的集成工作单元,这些仪器可自动化和监测细胞培养。高内涵成像系统可对 3D 细胞模型开发进行表征,并检测化合物的效果。集成系统包括 ImageXpress® Micro 共聚焦高内涵成像系统、自动化 CO2 培养箱、液体处理器 (Biomek i7) 和协作机械手。我们开发了用于自动化细胞接种、培养基交换以及监测 3D 脉管系统发育和生长的方法。此外,该方法可促进自动化化合物检测和毒性作用评估。
与资深应用科学家 Oksana Sirenko 一同观看 OoC 海报展示,该海报介绍了我们的高内涵成像解决方案如何能扩展和自动化器官芯片系统的 3D 成像。
图 1. 工作单元中单个仪器的布局如 (A) 所示。仪器由集成软件(绿色按钮“Go”)控制,可使用该软件进行流程设置。监测培养物中细胞的过程示例见 (B)。在这里,将平板从培养箱移至 ImageXpress Confocal HT.ai 智能化共聚焦高内涵成像分析系统进行明场成像,然后再移回培养箱。也可以预先安排该过程,并且可将需要成像的平板输入列表,以便更轻松地进行批量处理。还可实施更复杂的常规操作,包括用于培养基交换(进料)的液体处理器。
器官芯片应用和测定
将这种复合生物学与先进的高内涵成像技术和 AI/机器学习 3D 分析功能相结合,从而开创了全新的测定水平。在这里,我们分享了自动化细胞培养、测定和分析的方法,这些方法可以提供促进和扩展器官芯片系统使用所需的工具。
器官芯片资源
博客
How 3D Cell Models Will Shape the Future of Drug Discovery
3D 细胞模型将如何塑造药物发现的未来
靶标发现和药物开发在很大程度上依赖于二维 (2D) 细胞和动物模型来确定候选药的疗效和毒性作用。然而,90% 的候选物未能通过……
博客
3D organoids and automation of complex cell assays [Podcast]
3D 类器官和复杂细胞检测的自动化 [播客]
随着我们进入基因疗法和个性化医疗的复杂药物发现时代,我们需要为研究复杂疾病、评估……
电子书
Building complexity in organoid models
构建复杂的类器官模型
细胞球、类器官和器官芯片等复杂的生物系统在疾病建模和药物筛选中越来越受欢迎,这是因为它们能更好地模拟器官和组织……
博客
Advanced technology for automated 3D biology workflows #SLASEurope2022
适用于自动化 3D 生物学工作流程的先进技术 #SLASEurope2022
SLAS 欧洲2022,举办了许多关于新兴主题前沿研究的会议,以及专注于如何构建和成功......的会议和小组讨论
电子书
Capture True 3D Cell Culture Insights
获得真正的 3D 细胞培养见解
开发适用于化合物筛选的更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞测定法是药物发现领域的主要挑战。三维 (3D……的集成
博客
How automated organoid cell cultures are developed, imaged, and analyzed
如何开发、成像和分析自动化类器官细胞培养物
3D 细胞模型越来越多地用于研究复杂的生物学效应、组织功能和疾病。其自组织和模拟......的能力
应用文章
Automation of an organ-on-a-chip assay: automated culture, imaging, and analysis of angiogenesis
器官芯片测定法的自动化:血管生成的自动化培养、成像和分析
由于与 2D 单层中生长的细胞相比,3D 细胞模型能够更好地概括细胞 3D 微环境,因此其在许多研究领域越来越受欢迎。
科学海报
Automation of the organ-on a chip assay: automated culture, imaging and analysis of angiogenesis
器官芯片测定法的自动化:血管生成的自动化培养、成像和分析
目前迫切需要能更好地模拟人类生物学的生物学模型系统。表示各种组织……的三维 (3D) 细胞模型和器官芯片 (OoC) 结构
博客
Engineering Next-gen Organoids with Automated Lab Workflows at #SLAS2022
使用实验室自动化工作流程的下一代工程类器官 (#SLAS2022)
SLAS2022 会议,实验室自动化与筛选协会开启了令人兴奋的了解创新实验室技术的新一年。您是否亲自参加过......
博客
Enabling 3D High-Content Imaging and Analysis on the Organ-on-a-Chip Platform
在器官芯片平台上实现 3D 高内涵成像和分析
想象一下,能够模拟人类生物环境来进行疾病建模和药物筛选,并且能在一个微米级系统中实现。随着器官芯片……的发展
博客
Innovation at Molecular Devices: Updates in Automated, High-Content Imaging
Molecular Devices 的创新:自动化高内涵成像更新情况
从客户反馈到工作流程的改进,了解复杂生物过程和疾病的道路上充满了诸多挑战。由于……的期待水准
文献
Talking Techniques | Organoids: advancing drug discovery and cancer research
交谈技巧 | 类器官:推进药物发现和癌症研究
“随着从 2D 过渡到 3D 细胞培养或类器官,随着基础生物学和疾病建模的黄金标准继续发展,这些模型一直应用于更加错综复杂的……
文献
How two industry leaders are advancing ‘organ-on-a-chip’ models to accelerate novel approaches in medicine
两位行业领导者如何推进“器官芯片”模型以加速医学领域的新方法
能够准确预测候选药在其疗效和潜在毒性方面如何影响人体,这是药物开发的中心目标。战略……
博客
Overcome the challenges of high-throughput 3D imaging
克服高通量 3D 成像的挑战
由于图像技术方面取得的新进展,我们现在能够观察和分析复杂的三维细胞网络。通过 3D 成像,我们可获得并…...
文献
Disease Modeling with 3D Cell-Based Assays Using a Novel Flowchip System and High-Content Imaging
使用一种新型微流控芯片系统和高内涵成像构建 3D 细胞疾病检测模型
人们对使用三维 (3D) 细胞结构来模拟肿瘤、器官和组织以加速转化研究的兴趣日益浓厚。我们在这里介绍一种新型的自动......
博客
Get to know our Field Applications Scientist: Dwayne Carter
了解我们的现场应用科学家:Dwayne Carter
Dwayne Carter 带我们领略了 3D 生物打印、克隆筛选和加勒比美食。Dwayne Carter 是一名细胞生物学家和教育家,于 2020 年 11 月加入了 Molecular Devices......
博客
Water immersion technology and high-content imaging: A closer look
水浸物镜技术和高内涵成像:看得更清楚
三维 (3D) 细胞检测已成为药物发现和生物学研究中一种有价值的工具,因为此类检测能更贴切地模拟体内环境,并且经证实可…...
科学海报
3D imaging and analysis of angiogenesis in the organ-on-a-chip platform
在器官芯片平台中进行血管生成的 3D 成像和分析
血管生成是指既存血管形成和重构新血管和毛细血管的生理过程。1这可通过内皮……来实现
电子书
High-content imaging for diverse 3D cell culture models
适用于不同 3D 细胞培养模型的高内涵成像
研究各种 3D 模型并解决在 3D 细胞培养检测中遇到的常见挑战。
应用文章
3D image analysis and characterization of angiogenesis in organ-on-a-chip model
器官芯片模型中的 3D 图像分析和血管生成特性鉴定
血管生成是原先存在的血管形成和重构成新血管和毛细血管的生物过程。可通过内皮…...
科学海报
Water immersion objectives for automated high-content imaging to improve precision and quality of complex biological assays
用于自动高内涵成像的水浸物镜可提高复杂生物检测的精度和质量
这些研究的目的是确定水浸物镜(用来改善复杂生物测定中的图像质量)是否能在高通量环境中使用。
文献
High-content screening of complex physiologically-relevant cell models
复杂生理学相关细胞模型的高内涵筛选
近年来,对使用更具预测性和更复杂的生理学相关三维 (3D) 细胞模型……的药物发现和开发流程的需求日益增加
客户突破性进展
MIMETAS uses the ImageXpress Pico and ImageXpress Micro Confocal systems to develop tissue models for their OrganoPlates®
MIMETAS 使用 ImageXpress Pico 和 ImageXpress Micro Confocal 系统来开发适用于其 OrganoPlates® 的组织模型
MIMETAS 提供 OrganoPlate®,它是一个独特的 3D 器官芯片平台。OrganoPlate® 是一种完全兼容的微流控培养板,在任何通量下均能检测化合物……
电子书
Acquire and analyze 3D images like a pro
专业采集和分析 3D 图像
在过去几年中,3D 模型和技术的发展已经取得了显著的进步。方法包括可生物降解的支架、器官芯片结构或自……
科学海报
High-Content Assay for Morphological Characterization of 3D Neuronal Networks in a Microfluidic Platform
适用于检测微流控平台中 3D 神经元网络的形态特征的高内涵测定方法
缺乏生理学相关的神经系统体外模型在使用 3D 培养物开发适用于神经退行性疾病的检测法方面是一个重要限制条件…
客户突破性进展
University of Edinburgh uses QPix colony pickers to scale up DNA manufacturing
爱丁堡大学使用 QPix 微生物克隆筛选系统扩大 DNA 合成
Edinburgh Genome Foundry (EGF) 使用全自动机械平台为其客户制造遗传物质,创建和修饰长达一兆碱基对的 DNA 链……