六大类呼吸系统类器官与器官芯片智能化技术，加速呼吸道感染疾病的机制研究与新药研发【附免费线上培训通知】

免费线上培训—BiomimX类器官芯片在疾病模型与药物评价中的前沿应用

复旦大学基础医学院，上海传染病与生物安全研究所/浙江大学医学院等科研团队发表于Virologica Sinica 2026 年的综述，系统梳理了呼吸道类器官在 SARS‑CoV‑2 感染机制、药物筛选、疫苗评价中的应用，对比了各类器官的构建、优势与局限，并展望了类器官芯片与未来发展方向。

一、研究背景与核心问题

1.1 新冠疫情持续威胁

• • SARS‑CoV‑2 高传播、高变异，不断出现新变异株（Omicron、EG.5.1、XBB.1.9.1 等），全球感染与死亡负担沉重。
  • 呼吸系统是病毒首要攻击靶标，可引发肺炎、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、呼吸衰竭。

1.2 传统研究模型的缺陷

• • 细胞系：缺乏人体组织真实性，易误判药效。
  • 动物模型：种属差异大，无法完全模拟人类免疫与病理。
  • 临床样本：获取难、不可操控、难以做机制研究。

1.3 呼吸道类器官的价值

• • 3D 自组装结构，高度模拟人呼吸道组织结构与功能。
  • 培养周期短、无伦理争议，可精准复现病毒感染、免疫反应与组织损伤。
    
    二、呼吸道类器官关键构建技术

2.1. 极性调控（核心优化）

Apical‑in（内极性）：天然结构，ACE2 等病毒受体朝向内腔，病毒难进入，感染效率低。

Apical‑out（外极性）：人工改造，受体朝外，病毒可直接接触，大幅提升感染效率与实验操作性，可高效支持 SARS‑CoV‑2 及变异株复制。

2.2. 气液界面（ALI）培养

上皮细胞顶端暴露于空气、基底端接触培养基，模拟呼吸道生理微环境。

促进细胞分化为纤毛、黏液分泌、屏障功能，完美复现病毒入侵、扩散与气溶胶暴露反应。

可与 3D 类器官联用，互为补充。

三、六大类呼吸道类器官的具体应用

3.1. 鼻类器官（Nasal organoids）

来源：无创样本（鼻洗液、鼻甲拭子）。

细胞组成：基底细胞、纤毛细胞、杯状细胞、棒状细胞。

核心应用：

• 模拟病毒早期入侵（鼻腔是首要感染部位）。
• 评估变异株复制能力（Omicron BA.5 复制力显著高于野生株）。
• 建立类器官中和实验，评价单抗、疫苗效果。

优势：无创取材、高度仿真上呼吸道感染。

局限：缺乏免疫 / 血管细胞，可通过类器官芯片弥补。

3.2. 扁桃体类器官（Tonsil organoids）

来源：扁桃体组织。

核心应用：

• 研究 SARS‑CoV‑2 诱导的黏膜免疫与体液免疫。
• 评价瑞德西韦等抗病毒药效果。
• 评估疫苗候选物诱导的 B 细胞、T 细胞与抗体应答。

优势：可模拟人类适应性免疫。

局限：培养基特殊、操作复杂，缺乏完整免疫微环境。

3.3. 肺类器官（Lung organoids）

来源：多能干细胞（PSC）、原代肺细胞。

分化阶段：定型内胚层→前肠内胚层→肺祖细胞→成熟肺类器官。

核心应用：

• 揭示病毒依赖TMPRSS2、组织蛋白酶入侵的机制。
• 发现肺表面活性蛋白 SP-B 具有抗病毒、抗炎、抗凋亡作用。
• 对比 SARS‑CoV‑2 与 MERS‑CoV 的感染与免疫差异。

优势：完整模拟肺部病理与感染过程。

局限：不适合高通量筛选，需自动化与芯片技术优化。

3.4. 气道类器官（Airway organoids）

来源：肺组织干细胞、多能干细胞。

细胞组成：纤毛细胞、基底细胞、分泌细胞、棒状细胞。

核心应用：

• 发现TSPAN8促进 SARS‑CoV‑2 感染，阻断可降低感染。
• 揭示 NF‑κB 负反馈调控病毒复制。
• 高通量筛选出 GW6471、脂肪酸合成抑制剂等抗病毒化合物。

优势：细胞类型丰富、生理相关性极高。

局限：培养流程复杂、成本高，可标准化批量化制备。

3.5. 支气管类器官（Bronchial organoids）

来源：支气管镜取样的支气管上皮细胞。

核心应用：

• 发现CSF3是新冠潜在药物靶点。
• 鉴定 miR‑5004‑3p 可靶向抑制病毒。
• 揭示基底细胞在病毒感染后支气管上皮修复中的关键作用。

优势：感染效率高，适合大规模药物筛选。

局限：球形结构感染率偏低，可用外极性 / ALI 提升。

3.6. 肺泡类器官（Alveolar organoids）

核心靶细胞：2 型肺泡上皮细胞（AT2）

核心应用：

• 揭示 SARS‑CoV‑2 感染引发NF‑κB 炎症、干扰素反应。
• 证实病毒Nsp15核酸内切酶抑制宿主干扰素，是关键毒力因子。
• 评价瑞德西韦、卡莫司他、干扰素 λ 等药效。

优势：高度仿真远端肺损伤，可长期重复使用。

局限：基础感染率偏低，缺乏免疫 / 基质细胞。

四、呼吸道类器官芯片（Organoid‑on‑a‑chip）

核心优势

• • 精准调控培养条件，整合血管化 + 免疫细胞，提升生理复杂度。
  • 模拟体内微环境、气体交换、血流剪切力。
     

     

     

    BiomimX器官芯片中国区授权销售——北京基尔比生物公司

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关键发现

• • 新冠感染通过 Ⅰ 型干扰素导致血管损伤，阻断 JAK/STAT 可缓解。
  • 病毒感染肺泡上皮后扩散至内皮，引发屏障破坏、促凝表型。
  • cGAS‑STING 通路介导内皮细胞死亡与炎症，抑制 STING 可改善肺损伤

应用：高通量药物筛选、变异株病毒动力学评估、个性化治疗研究。

五、三类研究模型对比（类器官 / 动物 / 临床样本）

六、整体优势、局限与未来方向

1. 核心优势

人源特异性，无种属偏差。

3D 结构更接近体内，结果更可靠。

无创 / 微创取材，伦理风险低。

可用于病毒机制、药物筛选、疫苗评价、精准医疗。

2. 主要局限

缺乏免疫、血管、神经组分，无全身调控。

培养基不统一、大小不均、分化不一，标准化不足。

构建复杂、批次差异大，难以大规模应用。

3. 未来展望

多组分整合：类器官芯片 + 免疫 + 血管 + 神经，更逼真模拟体内感染与损伤。

智能化：AI + 高内涵成像 + 机器学习，实现超高通量药物筛选。

标准化：统一构建、表征、质控体系，推动临床转化。

多器官联用：构建呼吸‑免疫‑心血管等复合模型，研究新冠多器官损伤。

【北京基尔比Kirkstall 多器官串联灌注培养系统】

七、总结

呼吸道类器官已成为新冠研究的核心体外模型，可高效揭示病毒感染机制、评价药物与疫苗、模拟组织损伤；结合类器官芯片与智能化技术，将大幅加速呼吸道感染疾病的机制研究与新药研发，为未来新发呼吸道病毒防控提供关键支撑。

八、不同的科研视角

一、基础医学院（病原生物学 / 病理学 / 免疫学）

1. 明确呼吸道类器官是
   新冠致病机制研究最优体外模型，完美弥补细胞系与动物模型的种属差异、结构缺失问题。
2. 锁定关键科学靶点：ACE2、TMPRSS2、TSPAN8、NF‑κB、cGAS‑STING、Nsp15，为病毒入侵、免疫逃逸、肺损伤机制提供明确研究方向。
3. 建立从鼻腔→气道→支气管→肺泡的完整感染路径认知，厘清上呼吸道初始感染与远端肺重症损伤的关键差异。
4. 提供极性调控（apical‑out）、ALI 培养两大标准化实验方案，可直接落地开展病毒嗜性、变异株适应性研究。

二、公共卫生学院（流行病 / 病毒学 / 防控 / 生物安全）

1. 提供可量化、可重复的变异株监测工具：鼻 / 气道类器官能快速评估传播力、复制适配性、免疫逃逸，支撑流调与变异风险研判。
2. 建立上呼吸道为首要传播门户的实证模型，为口罩、鼻用干预、环境防控提供直接实验依据。
3. 类器官芯片可实现BSL‑3 高通量安全研究，降低活体操作风险，适合公卫应急药物与干预手段快速评价。
4. 为 人群易感性（年龄 / 个体差异）研究提供人源化模型，支撑精准防控与高危人群保护策略制定。

三、生命科学学院（干细胞 / 发育生物学 / 结构生物学）

1. 完善人呼吸道干细胞分化体系：明确肺类器官四步诱导路径（内胚层→前肠→肺祖细胞→成熟类器官），支撑组织发育与再生研究。
2. 验证细胞极性、微环境、细胞异质性对病毒感染的决定性作用，为 3D 培养与组织工程提供关键理论。
3. 揭示AT2 细胞是新冠核心靶细胞，为肺损伤修复、干细胞治疗提供明确细胞靶点。
4. 指明前沿方向：类器官 + 芯片 + 血管化 + 免疫共培养，是未来生命医学模型的主流趋势。

四、药学院（药物化学 / 药理学 / 药剂 / 筛选）

1. 搭建从靶点发现→高通量筛选→体内外验证的全链条药物研发平台，直接替代部分假阳性高的细胞系模型。
2. 列出已验证有效药物 / 靶点：瑞德西韦、卡莫司他、萘莫司他、IFN‑λ、SP‑B、脂肪酸合成抑制剂等，可直接跟进优化。
3. 类器官 + 芯片
   实现超高通量、临床相关性强的抗病毒药物筛选，大幅提升临床转化成功率。
4. 提供黏膜给药、肺靶向递送的理想评价模型，尤其适合鼻用制剂、吸入剂的药效与安全性评估。

 

附：免费线上培训—BiomimX类器官芯片在疾病模型与药物评价中的前沿应用

2026年2月10日，欧洲宣布成立全球首个微生理系统产业联盟——IAMPS（Industry Alliance for Microphysiological Systems），BiomimX Srl公司是该研究联盟IAMPS的成员单位。其核心产品BiomimX uBeat®类器官芯片已在《Nature Biomedical Engineering》（影响因子为26.6），《Lab on a Chip》等国际期刊发表多项研究成果。

2026年3月，类器官与器官芯片，首次被纳入我国十五五规划，并明确列入“超前部署面向2035的国家重大科技项目”。

精彩内容预告:

①模拟心肌纤维化病理特征，预测化合物QT间期延长及促心律失常风险

②整合人源粪便微生物组与肠道蠕动，预测黑色素瘤患者对免疫检查点抑制剂的治疗反应

③构建特发性肺纤维化的机械活性体外模型

④模拟超生理压缩诱导的骨关节炎表型

北京基尔比公司作为BiomimXS.r.l.授权在中国的战略合作伙伴，将负责其全系列产品线的市场推广、销售及售后技术支持。为国内制药企业、科研机构及CRO机构提供从设备操作、模型构建到数据分析的全流程支持，助力中国客户借助国际前沿的类器官芯片平台，提升新药研发的效率和成功率。

2026年4月9日星期四下午15：30-16：30（北京时间），敬请联系，免费线上参会！

1. 有中文同传工作人员，现场翻译
2. 申请参会人员需要将“本篇公众号内容”转发微信朋友圈，才能报名，网络会议号，请扫描下方二维码联系获取：

附：

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Kirkstall 3D活细胞自动灌流系统，

BiomimX uBeat®动态器官芯片系统

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