一种兼容的重力驱动类器官灌流（GDOP）平台用于药物筛查及敏感性和毒性评估流程

为什么实验室培养的微型组织对癌症治疗很重要

选择合适的抗癌药物常常与时间赛跑，而现有检测并不总能预测个体的真实反应。该研究介绍了一种小型、由重力驱动的芯片，它在芯片上培养人类组织的小型版本——类器官，并用它们更快、更安全地测试抗癌药物。这项工作指向一种实验室工具，未来可能帮助医生为每位患者匹配治疗方案，同时检测对健康器官的有害副作用。

一个有许多微小房间的小芯片

研究的核心是一块透明塑料芯片，大小约如一个火柴盒。芯片内部有六条狭窄通道，每条通道包含八个杯状小腔，用于三维培养类器官。一端有一个略高的储液池放置新鲜营养液，另一端的低位废液槽收集用过的液体。由于储液池位置稍高，重力使液体沿单向轻柔流过所有腔室，为类器官提供持续的营养和氧气，无需泵和软管。特殊陷阱捕捉气泡，侧袋收集游离细胞，有助于每个腔室形成尺寸相似的类器官。

让重力完成主要工作

团队使用计算机模拟与实验来微调液体和细胞在芯片内的运动速度。通过调整含细胞液体的加入速率，他们找到了可以避免气泡并使细胞均匀分布到各腔室的设置。进一步测试表明，每个腔室内的流动缓慢且平稳，保持层流而非湍流，营养物质有效向下游输送的同时代谢废物被冲走。这个简洁的布局为生长中的类器官提供了稳定的环境，类似于体内组织周围的温和流体环境。

并行测试癌症药物与健康组织

为展示芯片的功能，研究人员用高度侵袭性的三阴性乳腺癌培养出类器官，同时培养来自正常乳腺细胞系的球形细胞团。他们通过让含药液体每天两次流过芯片，以不同剂量处理两类样本。数天内，摄像记录类器官的大小和亮度变化，深度学习程序自动追踪其轮廓。随着药物浓度增加，癌症类器官出现缩小、变暗或解体，而正常乳腺球体仅在较高剂量下显示有害变化。最终的活细胞光学检测证实，图像中观察到的模式与实际细胞存活情况一致，并使团队能够估算出在强烈打击肿瘤同时尽量保留正常细胞的药物浓度范围。

将该方法扩展到类脑组织

药物安全性不仅关乎肿瘤和邻近组织；大脑、心脏和肝脏等器官也可能受到影响。因此，研究人员用相同芯片从人诱导干细胞培养了脑类器官。从单个细胞出发，在持续的重力驱动流动下，数周内类器官形成了微小的分层类脑结构。基因检测、荧光染色和钙成像显示，这些类器官发育出早期人类脑组织的关键特征并表现出电活动，并且在芯片的各通道中质量一致。这表明该平台可用于承载更复杂的类器官，以便未来研究药物对神经系统可能造成的损害。

这对未来治疗意味着什么

综合起来，这些结果表明，一个简单的重力供液芯片既能培养肿瘤与健康类器官，实时监测其行为，又能测量它们对抗癌药物和潜在副作用的反应。尽管该装置尚非临床工具，但它为使用少量患者样本并减少动物实验的多平行检测提供了实用途径。经过进一步改进并与临床实践更紧密衔接，类似平台有望帮助医生在患者本人的类器官上比较不同方案，找到对肿瘤更有效且对机体其他部分更温和的治疗方案。

引用: Wang, S., Zhang, X., Ma, H. et al. A compatible gravity-driven organoid perfusion (GDOP) platform for drug screening with sensitivity and toxicity process evaluation. Commun Biol 9, 718 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09973-5

关键词: 类器官芯片, 药物筛查, 乳腺癌, 微流控, 脑类器官