3D細胞&類器官培養的 “模塊化” 標準分析方案
還在為類器官檢測數據碎片化且不穩定而頭疼？Nature Protocols 最新發布的標準化方案給出了示范答卷：通過序列正交分析方法模塊化設計，研究者首次實現了對同批 3D 球體的 "全生命周期透視"。 這套方案以 Cytation & BioSpa8 為核心的檢測工作站，正在助力 3D&類器官標準化研究踏上陽光大道。
別具一格的 ULA 3D 細胞&類器官培養法
類器官的體外培養方式豐富多樣，常見的有基質膠浸沒式培養法、低密度 Transwell 孔板氣-液界面培養法，高通量 ULA（超低吸附表面）培養法、Hanging Drop（懸滴）法以及倒置多層氣液界面培養法等。
在眾多培養方法中，高通量 ULA 培養法最初主要用于構建 3D 細胞球。由于其操作簡便，且支持在無外源細胞外基質（ECM）的條件下進行培養，該方法在類器官領域也逐漸收到關注。要知道，類器官系統具有高度復雜性，常常導致實驗數據不穩定，而高通量 ULA 培養法恰好能夠有效解決一老大問題。
圖 1. 高通量（96/384）ULA 法和 Hanging Drop 3D 細胞球培養法 （DOI:10.1038/s41598-021-03739-1）相比 Hanging Drop 法，ULA 培養更為簡單便捷，支持自動化操作。
此前，奧地利的一個研究團隊在 cell 上發表研究結果，顯示采用 ULA 培養法構建的高通量自組織心臟類器官模型，無需外源 ECM 支持，可以根據研究需求，靈活調控類器官的復雜程度且具有可重復性，為心臟類器官研究的標準化提供了便利。
目前，眾多研究團隊已經利用該方法成功構建了多種類器官模型，包括乳腺類器官，心臟類器官，膀胱類器官以及骨髓類器官等等。
不過，基于ULA 法的3D 細胞培養模型在類器官研究領域應用時，任然面臨缺乏標準、分析表型受限、方法學與報告標準不統一等挑戰。
熱辣出爐的 3D 細胞球序列正交分析方法：把實驗變成"數據拼搭積木"
來自比利時的研究團隊在 ULA 培養法的基礎上建立了一套創新的序列正交分析方案，該方案融合了動態檢測和終點分析雙模塊。利用此方案，研究人員能夠對同一批球體先開展無損傷監測（如動態形態追蹤），隨后再進行破壞性分析（如單細胞測序）。
今年 4 月，這項研究成果發表于 Nature Protocols，該方案具有廣泛適用性，可應用于從基礎研究到藥物發現等多個領域，并覆蓋大部分腫瘤類器官研究場景。
圖 4. 將球體轉移至微孔板或者 Eppendorf 管中用于 ATP、RNA、蛋白質和脂質分析。此模塊中，Cytation 細胞成像多功能微孔板檢測系統用于支持 ATP 測定和特定蛋白定量檢測。
黃金搭檔：Cytation & BioSpa8 智能活細胞檢測平臺
序列正交分析方案推動類器官領域的標準化發展和建立
這套基于 ULA 3D 細胞&類器官培養的序列正交模塊化分析方法結合研究團隊提供的 MIShperoidID 數據庫，能夠極大程度推動該領域的標準化進程，該數據庫已收錄 127 種 3D 細胞球培養方案，提供不同平臺數據的可比性。而標準化評價方法非常有助于開啟精準醫療新路徑，比如治療響應預測，通過實時追蹤治療后的類器官形態變化和 ATP 變化曲線，結合流式細胞術解析球體核心區 vs 邊緣細胞的分子特征，分析類器官的空間異質性等，獲得的分析結果能夠更好的評價和指導臨床用藥方案。
參考文獻
1. Cardioids reveal self-organizing principles of human cardiogenesis Hofbauer, Pablo et al. Cell, Volume 184, Issue 12, 3299 - 3317.e22
2. Sequential orthogonal assays for longitudinal and endpoint characterization of three-dimensional spheroids Blondeel, E., Ernst, S., De Vuyst, F. et al. Nat Protoc (2025)
相關產品：
Cytation 5 細胞成像多功能微孔板檢測系統
關于安捷倫細胞分析
安捷倫細胞分析平臺包括xCELLigence RTCA實時細胞分析儀、NovoCyte系列流式細胞儀、Seahorse能量代謝分析儀以及Synergy系列微孔板檢測儀和Cytation 系列（共聚焦）細胞成像多功能微孔板檢測儀。安捷倫細胞分析平臺聚焦基礎科研與細胞與基因治療產品的開發全流程，作為適配新一代療法的強大分析工具，提供多方位的細胞效力檢測和深度的細胞分析，并致力于研發、生產質控以及臨床的全方位檢測與分析方案開發。
別具一格的 ULA 3D 細胞&類器官培養法
類器官的體外培養方式豐富多樣，常見的有基質膠浸沒式培養法、低密度 Transwell 孔板氣-液界面培養法，高通量 ULA（超低吸附表面）培養法、Hanging Drop（懸滴）法以及倒置多層氣液界面培養法等。
在眾多培養方法中，高通量 ULA 培養法最初主要用于構建 3D 細胞球。由于其操作簡便，且支持在無外源細胞外基質（ECM）的條件下進行培養，該方法在類器官領域也逐漸收到關注。要知道，類器官系統具有高度復雜性，常常導致實驗數據不穩定，而高通量 ULA 培養法恰好能夠有效解決一老大問題。
圖 1. 高通量（96/384）ULA 法和 Hanging Drop 3D 細胞球培養法 （DOI:10.1038/s41598-021-03739-1）相比 Hanging Drop 法，ULA 培養更為簡單便捷，支持自動化操作。
此前，奧地利的一個研究團隊在 cell 上發表研究結果，顯示采用 ULA 培養法構建的高通量自組織心臟類器官模型，無需外源 ECM 支持，可以根據研究需求，靈活調控類器官的復雜程度且具有可重復性，為心臟類器官研究的標準化提供了便利。
目前，眾多研究團隊已經利用該方法成功構建了多種類器官模型，包括乳腺類器官，心臟類器官，膀胱類器官以及骨髓類器官等等。
不過，基于ULA 法的3D 細胞培養模型在類器官研究領域應用時，任然面臨缺乏標準、分析表型受限、方法學與報告標準不統一等挑戰。
熱辣出爐的 3D 細胞球序列正交分析方法：把實驗變成"數據拼搭積木"
來自比利時的研究團隊在 ULA 培養法的基礎上建立了一套創新的序列正交分析方案，該方案融合了動態檢測和終點分析雙模塊。利用此方案，研究人員能夠對同一批球體先開展無損傷監測（如動態形態追蹤），隨后再進行破壞性分析（如單細胞測序）。
今年 4 月，這項研究成果發表于 Nature Protocols，該方案具有廣泛適用性，可應用于從基礎研究到藥物發現等多個領域，并覆蓋大部分腫瘤類器官研究場景。
圖 2. 方案全景，從球體構建開始，然后用于多方面動態和終點表型分析的模塊化分析框架。
該分析檢測方案包括培養基代謝物變化、球體內部 ATP 濃度水平以及細胞死亡的空間分布情況等，通過互補且獨立的正交分析方法，從不同維度對球狀體（spheroids）進行表型分析，研究者能夠如同搭樂高積木般，靈活組合各類檢測模塊，以此來實現多維度驗證。
Part 1——球體制備階段：支持自動化的培養流程搭建
此方案中闡述了手動和自動化單細胞接種操作，到球體收獲、上清液收集，以及在 ULA 板內和從 ULA 板進行化合物管理的全流程。在此環節中，安捷倫的 Bravo 自動化工作站能夠高效完成上清液收集、化合物給藥等操作；而 MultiFloFX 獨有的 AMX 模塊，則非常適合球形底板的培養基更換、清洗等精細步驟。
Part 2——動態監測階段的縱向分析：成分、形態與功能三模塊聯動
在這部分的實驗框架中，設置了三個主要子模塊：
該分析檢測方案包括培養基代謝物變化、球體內部 ATP 濃度水平以及細胞死亡的空間分布情況等，通過互補且獨立的正交分析方法，從不同維度對球狀體（spheroids）進行表型分析，研究者能夠如同搭樂高積木般，靈活組合各類檢測模塊，以此來實現多維度驗證。
Part 1——球體制備階段：支持自動化的培養流程搭建
此方案中闡述了手動和自動化單細胞接種操作，到球體收獲、上清液收集，以及在 ULA 板內和從 ULA 板進行化合物管理的全流程。在此環節中，安捷倫的 Bravo 自動化工作站能夠高效完成上清液收集、化合物給藥等操作；而 MultiFloFX 獨有的 AMX 模塊，則非常適合球形底板的培養基更換、清洗等精細步驟。
Part 2——動態監測階段的縱向分析：成分、形態與功能三模塊聯動
在這部分的實驗框架中，設置了三個主要子模塊：
- 上清液成分分析：縱向追蹤球體上清液的動態變化，突破傳統單時間點檢測的局限，以避免遺漏關鍵表型或誤判治療效果
- 形態測量分析：通過光學顯微鏡觀測球體整體形態，結合熒光示蹤技術（如落射熒光或共聚焦顯微鏡），精準捕捉細胞狀態特異性信息
- 功能活性評估：采用徑向遷移測定和侵襲測定兩大實驗，量化球體的遷移與侵襲能力，從而更真實地反映其生物學行為
值得一提的是，以上三類分析子模塊均支持在培養過程中開展動態縱向分析。要知道，單次檢測往往僅能提供類似“快照”的瞬時數據，而長期跟蹤監測則能夠完整、全面揭示球體的動態變化，進而為更精準的藥物療效評估提供可靠依據。
圖 3. 使用 Cytation&BioSpa8 活細胞工作站動的態圖像捕獲和圖像定量分析功能，分別在徑向遷移和侵襲試驗中監測 SW1353 球體的遷移和侵襲能力
Part 3——終點分析階段：從三維結構到單細胞水平的超級解構
方案的最后一個大模塊是終點分析，從分子到單細胞再到空間結構，多維度數據還原球體真實狀態，主要包含以下三個子模塊：
1. 分子含量分析：精準檢測球體裂解后的關鍵成分
圖 3. 使用 Cytation&BioSpa8 活細胞工作站動的態圖像捕獲和圖像定量分析功能，分別在徑向遷移和侵襲試驗中監測 SW1353 球體的遷移和侵襲能力
Part 3——終點分析階段：從三維結構到單細胞水平的超級解構
方案的最后一個大模塊是終點分析，從分子到單細胞再到空間結構，多維度數據還原球體真實狀態，主要包含以下三個子模塊：
1. 分子含量分析：精準檢測球體裂解后的關鍵成分
- 能量代謝：ATP（CellTiter-glo 3D 檢測）
- 基因表達：RNA（RT-qPCR、RNA 測序）
- 蛋白質調控：蛋白質印跡、蛋白質組學
- 脂質構成：專用試劑盒結合脂質組學
2. 單細胞層面的解析：制備單細胞懸液，通過流式細胞術深入表征細胞組成與狀態。
3. 空間結構的微觀呈現：通過多種高分辨率成像技術對球體天然結構進行分析
3. 空間結構的微觀呈現：通過多種高分辨率成像技術對球體天然結構進行分析
- 免疫組織化學 ：可定位目標蛋白的空間分布
- 透射電鏡/光片熒光顯微鏡：提供亞細胞級超清成像
圖 4. 將球體轉移至微孔板或者 Eppendorf 管中用于 ATP、RNA、蛋白質和脂質分析。此模塊中，Cytation 細胞成像多功能微孔板檢測系統用于支持 ATP 測定和特定蛋白定量檢測。
黃金搭檔：Cytation & BioSpa8 智能活細胞檢測平臺
在這套嚴謹且科學的正交分析方案的整體流程里，涵蓋了從 3D 細胞球&類器官的培養構建、動態監測到終點數據分析全過程，包含多項子分析模塊。這些模塊中的大多數，都對培養環境和檢測環境的穩定性有著較高的要求。而 Cytation 細胞成像多功能微孔板檢測儀與 BioSpa8 自動化培養箱的巧妙搭配，恰好能夠全方位地支持該標準分析模塊所涉及的多項實驗，實現“培養-監測-分析”的流程閉環。
BioSpa8 自動化培養箱：支持 8 個板位的 ULA 培養板自動化操作，根據需要可選擇左側對接 MultiFloFX 液體處理系統， 定時定點進行培養、換液或者成像檢測操作。
Cytation 系列細胞成像分析系統：將兩套檢測平臺巧妙整合在一套緊湊的空間內，實現了微孔板檢測與自動化成像完美結合，這種設計，使其非常適配此方案中的細胞球形態監測、功能分析和分子水平的檢測等各項任務。為研究者提供全面、準確且可靠的實驗數據。
BioSpa8 自動化培養箱：支持 8 個板位的 ULA 培養板自動化操作，根據需要可選擇左側對接 MultiFloFX 液體處理系統， 定時定點進行培養、換液或者成像檢測操作。
Cytation 系列細胞成像分析系統：將兩套檢測平臺巧妙整合在一套緊湊的空間內，實現了微孔板檢測與自動化成像完美結合，這種設計，使其非常適配此方案中的細胞球形態監測、功能分析和分子水平的檢測等各項任務。為研究者提供全面、準確且可靠的實驗數據。
序列正交分析方案推動類器官領域的標準化發展和建立
這套基于 ULA 3D 細胞&類器官培養的序列正交模塊化分析方法結合研究團隊提供的 MIShperoidID 數據庫，能夠極大程度推動該領域的標準化進程，該數據庫已收錄 127 種 3D 細胞球培養方案，提供不同平臺數據的可比性。而標準化評價方法非常有助于開啟精準醫療新路徑，比如治療響應預測，通過實時追蹤治療后的類器官形態變化和 ATP 變化曲線，結合流式細胞術解析球體核心區 vs 邊緣細胞的分子特征，分析類器官的空間異質性等，獲得的分析結果能夠更好的評價和指導臨床用藥方案。
參考文獻
1. Cardioids reveal self-organizing principles of human cardiogenesis Hofbauer, Pablo et al. Cell, Volume 184, Issue 12, 3299 - 3317.e22
2. Sequential orthogonal assays for longitudinal and endpoint characterization of three-dimensional spheroids Blondeel, E., Ernst, S., De Vuyst, F. et al. Nat Protoc (2025)
相關產品：
Cytation 5 細胞成像多功能微孔板檢測系統
關于安捷倫細胞分析
安捷倫細胞分析平臺包括xCELLigence RTCA實時細胞分析儀、NovoCyte系列流式細胞儀、Seahorse能量代謝分析儀以及Synergy系列微孔板檢測儀和Cytation 系列（共聚焦）細胞成像多功能微孔板檢測儀。安捷倫細胞分析平臺聚焦基礎科研與細胞與基因治療產品的開發全流程，作為適配新一代療法的強大分析工具，提供多方位的細胞效力檢測和深度的細胞分析，并致力于研發、生產質控以及臨床的全方位檢測與分析方案開發。
Copyright(C) 1998-2025 生物器材網 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com