Gri3D水凝胶微腔板用于3D类器官高通量筛选|InSphero

从“培养出类器官"到“用类器官做筛选"：Gri3D技术如何让3D模型真正走向高通量应用？

摘要：聚焦肝、BBB、肠3个典型的模型应用，探索Gri3D类器官高通量板如何提升3D模型的均一性、成像与药物筛选效率。

关键词：Gri3D、类器官、3D培养、高通量筛选、微组织、肝脏球体、血脑屏障、肠类器官、药物筛选、自动化成像

近年来，类器官正在从基础研究逐渐走向药物发现、毒理评价和个体化医疗。但当研究从“培养几个漂亮的类器官"，真正进入药物筛选阶段，很多实验室会发现，培养出来≠能够用于高通量筛选。

“类器官大小是否均一？不同孔之间重复性如何？换液时会不会丢失？能不能快速成像？能不能实现自动化分析？能不能在标准96孔板体系中完成大量实验？"这些问题，正在成为类器官走向规模化应用的重要瓶颈。

Gri3D是一种基于PEG水凝胶微腔（Hydrogel Microcavity）的3D细胞培养板，可在微腔中形成大小相对均一的类器官或球状体，并适用于成像、药物筛选及多种下游分析。Gri3D所解决的，恰恰是这些“培养之后"的问题。

一、为什么类器官走向药物筛选，需要新的3D培养方式？

传统ULA低吸附板进行3D培养时，通常是一个孔形成一个球体。当实验规模扩大时，样本数量、重复性以及成像分析都会成为限制。Gri3D采用水凝胶微孔阵列（hydrogel microwell array）（点击查看），在标准96孔板中提供大量独立微腔，使细胞能够在微腔中聚集形成独立的3D微组织。

图1. Gri3D通过水凝胶微孔阵列实现细胞聚集和3D微组织形成，并将微组织定位于相对一致的成像平面

二、一个孔，不止一个类器官：让3D培养真正具备高通量能力

Gri3D的突出特点之一，是改变了传统“一孔一个球"的3D培养模式。比如，在肝细胞球体研究中，相同的7500个细胞：

• ULA 96孔板：形成1个spheroid

• Gri3D：形成约55个microtissues

同时，这些更小的微组织具有更大的总表面积，可以增加细胞与培养基、药物之间的接触。

图2. Gri3D vs ULA。A.Gri3D：大量均一微组织 vs B.ULA：单个较大的spheroid，从“一孔一个球"到“一孔约55个微组织"

三、不只是“更多"：Gri3D让3D模型更容易成像和分析

高通量的真正意义，并不是简单地把球体数量增加。如果几十个类器官的位置随机、大小不一，那么后续的自动成像和数据分析仍然很困难。

Gri3D微腔阵列能够让形成的微组织处于相对确定的位置和焦平面，从而更适合进行批量成像。在肝脏球体研究中，研究人员特别强调了这一设计：Gri3D形成的微组织被定位在相同焦平面，可以进行同步高分辨率成像。

以600μm微孔版本为例：一个孔内可以形成超过50个独立微组织。在脑类器官（BBB模型）研究中，研究人员使用三种细胞的混合悬液进行培养，在ULA 96孔板中形成单个球体，而在Gri3D中则可以在一个孔内形成约55个微组织。这意味着：从“一孔一个样本"，转变为“一孔多个独立微组织"。

图3. BBB类器官在Gri3D 96WP成像底板上培养。Gri3D 96WP成像底板上的600微米微孔用于扩增多细胞血脑屏障（BBB）类器官的生成。内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞同时接种，并在48小时内自发组装，保持高存活率。a.显微镜下亮场图像，显示一个孔中包含55个BBB类器官；b.BBB类器官的活体/死体染色。比例尺：600微米。

对于需要大量重复样本的药物筛选、毒理评价和剂量-反应实验，这种设计能够明显提高单位孔的样本利用效率。

四、应用案例①：肝脏球体——从“培养"走向药物评价

肝脏是3D细胞模型很重要的应用领域。在药物研发过程中，研究人员不仅需要观察细胞是否死亡，还需要评价：肝细胞功能是否受到影响？

例如CYP450酶活性，就是药物代谢和药物相互作用研究中的重要指标。在Gri3D肝脏球体研究中，研究人员使用hepatocytes形成3D spheroids，并进一步进行：药物处理→细胞活性检测→CYP酶活性检测→成像分析。

图4. Gri3D与ULA体系中肝细胞球体CYP酶活性比较。Gri3D体系表现出更高的CYP3A4基础活性，并可检测到Ketoconazole引起的活性抑制

研究显示，Gri3D中的肝细胞球体具有更高的CYP3A4基础活性；加入Ketoconazole后，CYP3A4活性在Gri3D体系中可以明显下降，而这一变化在ULA中并不明显。

五、应用案例②：BBB血脑屏障——复杂多细胞类器官也可以规模化

如果说肝脏球体展示的是Gri3D在药物评价中的价值，那么BBB模型则展示了它在复杂多细胞类器官中的应用。

一个更加接近生理状态的BBB模型，需要考虑至少三种细胞：

• Brain endothelial cells

• Pericytes

• Astrocytes

Gri3D可以将三种细胞同时接种，并在约48小时内完成自组装，形成多细胞BBB organoid。

图5. Gri3D上血脑屏障（BBB）类器官的多细胞结构及抗体穿透评价。上图为BBB类器官免疫荧光染色，DAPI显示细胞核，P-gp、NG2和GFAP分别标记脑微血管内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞，显示不同细胞在类器官中的空间组织结构。下图为不同抗体构建体在BBB类器官中的原位免疫荧光及定量分析：A为未处理对照，B为非靶向人IgG，C为Human Brain Shuttle。通过共聚焦成像可直观评价抗体在BBB类器官中的分布与穿透程度。

对于CNS药物研发来说，BBB模型最终需要回答的问题可能是：药物能不能穿过BBB？在该应用中，内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞会进一步形成具有空间层次的结构：内皮细胞包围周细胞，周细胞包围星形胶质细胞。同时可以通过P-gp、NG2和GFAP等标志物进行免疫荧光鉴定。

在BBB organoid形成后，还可以进一步加入待测抗体，通过免疫荧光和共聚焦成像评价抗体在BBB organoid中的分布和穿透评价，包括Non-targeting human IgG和Human brain shuttle，并通过荧光信号进行定量。

六、应用案例③：患者来源肠类器官——让类器官真正回答“药物对谁有效？"

Gri3D不仅能做标准细胞球体，也可以服务于患者来源类器官。

图6. Gri3D上患者来源直肠类器官用于CFTR调节剂功能评价。通过Forskolin-induced swelling（FIS）及自动化图像分析评估不同药物处理后的功能恢复。

在囊性纤维化研究中，研究人员利用患者来源直肠类器官进行CFTR调节剂评价。健康和CF患者来源类器官在Gri3D微腔阵列中形成大小较为均一的类器官，并通过Forskolin诱导肿胀进行功能检测。

七、Gri3D真正解决的，可能不是“3D培养"，而是“3D培养之后"

从这些应用可以看到，Gri3D并不是简单地提供一个新的培养容器。它更像是在解决类器官研究中一个经常被忽视的问题：如何把一个“可以培养的3D模型"，变成一个“可以进行规模化实验的3D assay"。

类器官技术正在经历一个重要变化。早期研究关注的是：能不能形成类器官？随后开始关注：类器官是否具有正确的组织结构和功能？而现在，随着药物研发需求不断增加，越来越多实验室开始面对第三个问题：能不能把类器官真正用于规模化筛选？

这要求3D模型同时具备：生理相关性×重复性×通量×成像能力×自动化能力，而这也正是Gri3D希望解决的问题。从肝脏球体的药物代谢与毒性评价，到BBB organoid的抗体穿透研究，再到患者来源肠类器官的个体化药物响应分析，Gri3D正在帮助研究人员将不同类型的3D模型，从“培养体系"进一步推进到“可量化的实验系统"。

如果你的类器官实验正在遇到这些问题：类器官数量不够？不同孔之间重复性差？换液容易丢球？高通量成像困难？手工操作太多？已经有成熟的类器官模型，却很难真正开展药物筛选？

也许问题并不在你的类器官模型本身，你可能只是需要一个更适合规模化3D实验的培养工具。Gri3D——让3D模型从“培养出来"，走向“筛选起来"。如果您正在开展以下研究，欢迎联系我们，进一步了解Gri3D如何融入您的类器官实验流程：

• 脑类器官/BBB/CNS药物研究

• 肺类器官/呼吸系统疾病模型

• 患者来源类器官/个体化医疗

• 肠道类器官/疾病模型

• 肝脏球体/肝毒性/DILI

• 药物筛选/功能性Assay/高通量3D评价

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图7：InSphero Gri3D系列的应用笔记

扩展阅读

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本文由曼博生物基于公开学术文献与品牌技术资料整理，仅用于科研信息分享，具体实验参数与产品信息请以原厂资料及实际测试结果为准。上海曼博生物可提供InSphero Gri3D系列类器官与3D细胞培养板（可访问曼博生物查看），适用于肝脏球体、BBB类器官、患者来源肠类器官、高通量药物筛选、自动化成像及3D功能性Assay等研究场景。