北京基尔比类器官芯片摇摆灌注仪-用于高通量培养人脑类器官并评估发育神经毒性（DNT）

1. 系统设计与创新

无泵重力驱动灌注：北京基尔比公司——高通量类器官芯片精密摇摆灌注仪【区别于传统轨道摇床】（10°倾角、1 min换向频率）驱动，利用伯努利原理在 36 个灌注孔内产生快速双向流动，无需外接泵和管路。

【北京基尔比公司类器官摇摆仪，可在左侧/右侧摇摆时，分别设置不同间歇时间】中国医科院药物所，生物芯片国家工程中心，赛赋医药研究院等均有采购该仪器应用于类器官/器官芯片研究

三明治结构：36-PillarPlate（含 6×6 阵列支柱，内径 1.5 mm）与 36-PerfusionPlate（储液池+微通道）嵌合，每个通道连接 6 个灌注孔。

高通量、低消耗、兼容性好：基于 384 孔板 footprint，可直接用酶标仪、共聚焦显微镜原位读数；每板仅需 3.6–6 mL 培养基（每类器官约 100–167 μL），较传统 24 孔板或转瓶减少5–100 倍；聚苯乙烯注塑成型，避免了 PDMS 对化合物的非特异性吸附。

2. 动态培养的核心优势

消除坏死核心：快速双向流显著改善营养和氧气向类器官核心的扩散，解决了传统静态培养中类器官体积过大导致的中心坏死问题。

显著促进增殖与成熟：

• 动态培养第 31 天类器官直径（1000–1400 μm）明显大于静态培养（700–900 μm）。

• ATP 含量增加 2 倍以上，活/死染色显示细胞活力更高。

• 神经标志物（PAX6、TBR2、FOXG1、TBR1、CTIP2、TUBB3、MAP2、SYN1、GFAP 等）表达显著上调。

• 形成更清晰的皮质样结构（SOX2+ 脑室区与 CTIP2+ 深层皮质板分离）。

• 钙成像显示动态培养神经元具有更强的功能活性。

   

   

  

3. 发育神经毒性（DNT）评估

模型化合物验证：第 9 天脑类器官分别暴露于抗坏血酸（DNT 阴性对照，250 μM）和甲基汞（DNT 阳性对照，250 nM）1–3 周。

关键发现：

• 抗坏血酸未引起形态或神经基因表达的显著变化。

• 甲基汞导致类器官体积显著缩小、FOXG1（自闭症相关基因）过表达（5 倍）、细胞应激标志物 HMOX1 升高，以及促凋亡基因（BAX、Caspase3/9）上调、抗凋亡基因 BCL2 下调。

• 重要提示：甲基汞在静态培养中未引起显著损伤，仅在动态灌注条件下才显现慢性神经发育毒性，证明动态培养对 DNT 筛查的必要性。

4. 局限与展望

支柱内径限制（1.5 mm），不适合直径 >2 mm 的大型类器官长期培养。

需水凝胶包埋，不支持无支架类器官。

未来需延长培养时间、整合血管化和血脑屏障，以评估晚期 DNT。

总结

该研究建立了一个迷你化、用户友好、高通量、低消耗的脑类器官动态培养平台，通过无泵灌注显著提升了类器官的存活、增殖和成熟度，并成功用于慢性发育神经毒性筛查，为替代动物实验和化合物安全性评价提供了有力的体外工具。