自動(dòng)化高通量多器官芯片工作站—HUMIMIC® AutoLab
近年來(lái),微生理系統(tǒng)(如類器官、器官芯片)廣泛應(yīng)用于疾病研究、藥物開發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,成為各國(guó)競(jìng)相研究的核心關(guān)鍵技術(shù)。
德國(guó)TissUse GmbH公司致力于建設(shè)"多器官芯片"技術(shù)平臺(tái),是技術(shù)的多器官串聯(lián)培養(yǎng)方案的供應(yīng)商。TissUse GmbH公司創(chuàng)始人,Prof. Dr. med. Uwe Marx教授是德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)生物技術(shù)系的榮譽(yù)教授,在人體微生理研究領(lǐng)域開創(chuàng)性地提出了多器官芯片系統(tǒng)方案的理論,專注于人體芯片的技術(shù)開發(fā),并將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為制藥和化妝品行業(yè)的決策工具。他提出了人體芯片的概念,即在芯片上生成微縮的、無(wú)意識(shí)、無(wú)感官的人體等效物,即“芯片上的人體human-on-a-chip",并創(chuàng)造性的提出了“類有機(jī)體Organismoid"的理論。
一直以來(lái),實(shí)驗(yàn)動(dòng)物都是生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要模型,但受限于動(dòng)物的種屬差異與倫理問題,研究人員們將目光投向了更多的新興體外建模技術(shù)。在過(guò)去十年中,器官芯片、類器官等生物新技術(shù)蓬勃發(fā)展,并深刻影響了了時(shí)代發(fā)展的方向。
2022年,美國(guó)國(guó)會(huì)全票通過(guò)了FDA Modernization Act 2.0(即《美國(guó)FDA現(xiàn)代化法案2.0》,簡(jiǎn)稱FDA現(xiàn)代化法案2.0),取消了自1938年以來(lái)始終保持的FDA批準(zhǔn)新藥進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)前必須經(jīng)過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)制要求,并正式提出體外生理模型也可以運(yùn)用在臨床前試驗(yàn)中。這一舉動(dòng)無(wú)疑證實(shí)了新興生物技術(shù)替代動(dòng)物模型的可能性,同時(shí)也為多器官芯片等創(chuàng)新的無(wú)動(dòng)物技術(shù)的快速發(fā)展鋪平了道路。
多器官芯片(Multi-Organ-on-Chip,MOC)技術(shù)在藥物篩選、疾病建模、安全評(píng)價(jià)、個(gè)性化醫(yī)療等研究領(lǐng)域中的靈活性、預(yù)測(cè)性與準(zhǔn)確性已被廣泛研究與證明。MOC獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)的接受與認(rèn)可,以及行業(yè)采用前,將面臨開發(fā)并驗(yàn)證安全性與有效性測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)方法的必經(jīng)之路。我們相信自動(dòng)化將是MOC實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵,并將為您提供相關(guān)思路。德國(guó)TissUse公司推出的自動(dòng)化高通量MOC工作站——HUMIMIC® AutoLab!
HUMIMIC AutoLab是一個(gè)小型生物研究實(shí)驗(yàn)室,可以自動(dòng)化平行培養(yǎng)與實(shí)時(shí)觀察多達(dá)24個(gè)多器官芯片,與HUMIMIC Chip2、Chip3、Chip4兼容。 HUMIMIC AutoLab可為您提供:
提高了設(shè)備通量與分析復(fù)雜性,同時(shí)大大減少人工操作;
更接近生理微環(huán)境的培養(yǎng)條件,標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械系統(tǒng)減少實(shí)驗(yàn)操作產(chǎn)生的誤差,提高實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性
高質(zhì)量數(shù)據(jù)的收集、分析,以及基于人工智能的后續(xù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

01 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

TissUse專為HUMIMIC AutoLab開發(fā)了一款實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的軟件 ——HUMIMIC LabOS,能幫助您設(shè)計(jì)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)操作流程。無(wú)論是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜,HUMIMIC LabOS都能為您安排液體處理過(guò)程,如培養(yǎng)基更換與給藥,以及自動(dòng)顯微成像。該軟件中,用戶友好的設(shè)置界面將逐步指導(dǎo)您完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程
02 執(zhí)行操作

HUMIMICAutoLab的設(shè)計(jì)——結(jié)合了芯片和液體處理平臺(tái)、顯微鏡和4°C存儲(chǔ)區(qū)域——使芯片能夠自動(dòng)運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)周!整個(gè)實(shí)驗(yàn)在精確操控、一致操作和生理?xiàng)l件下進(jìn)行:
~ 無(wú)菌II級(jí)生物安全柜
~ 溫度調(diào)節(jié):芯片的單獨(dú)培養(yǎng)(溫度范圍36~40°C)
~ 孔板、耗材與試劑的預(yù)熱
~ 穩(wěn)定持續(xù)的細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境
~ 采用無(wú)管式微流泵以驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)培養(yǎng)基循環(huán)

03 評(píng)估與記錄

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中,您即可獲得大量由系統(tǒng)采集、記錄的數(shù)據(jù),并進(jìn)行分析與評(píng)估。當(dāng)進(jìn)行終點(diǎn)分析時(shí),可以像往常一樣從芯片中取出細(xì)胞、組織及類器官模型進(jìn)行下游檢測(cè)。
HUMIMIC AutoLab可以通過(guò)自動(dòng)記錄芯片與孔板數(shù)據(jù)為您提供支持。此外,系統(tǒng)的自動(dòng)記錄功能將為您節(jié)省大量時(shí)間,所有的圖像與原始數(shù)據(jù)都將直接保存在HUMIMIC LabOS中并進(jìn)行整理分類。
04 預(yù)測(cè)與優(yōu)化

我們堅(jiān)信——多器官芯片技術(shù)的未來(lái)將是數(shù)字化的。通過(guò)每次實(shí)驗(yàn)分析,您將獲得越來(lái)越多的數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)有的理論模型和人工智能方法,我們最終將能夠在執(zhí)行之前模擬和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。
與我們合作,成為多器官芯片前沿技術(shù)的推動(dòng)者!
技術(shù)平臺(tái)
德國(guó)TissUse的HUMIMIC®類器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng)包括控制單元和芯片,控制單元能夠模擬人體內(nèi)生理環(huán)境,包括溫度、壓力、真空度、微流道循環(huán)頻率、時(shí)間等參數(shù),芯片有不同的微流道設(shè)計(jì),針對(duì)不同的器官可以單獨(dú)設(shè)置提供相應(yīng)的培養(yǎng)條件,提供精準(zhǔn)的培養(yǎng)和分化環(huán)境??商峁┎煌惼鞴俚拇?lián)共培養(yǎng)方案,避免單一類器官無(wú)法模擬人體復(fù)雜生理學(xué)條件下器官相互通訊交流的不足。通過(guò)類器官模擬人類器官組織的生理發(fā)育過(guò)程,應(yīng)用于疾病模型、腫瘤發(fā)生、以及藥物安全性、有效性、毒性、ADME等方面的評(píng)估,旨在減少和取代實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物測(cè)試,簡(jiǎn)化人體臨床試驗(yàn)。
德國(guó)TissUse的HUMIMIC®類器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng)是通過(guò)控制單元來(lái)控制微流體環(huán)境中的復(fù)雜條件,包括物理因素,如溫度(如37°C)、pH值、氧氣和濕度的供應(yīng)和控制;包括仿生機(jī)械學(xué)因素,例如:血液或尿液的流動(dòng),空氣在肺中的循環(huán),膽汁或胰液的流動(dòng),血液和淋巴管的剪切應(yīng)力,骨骼和軟骨的壓力,皮膚的壓力、肺或胃的外壁,腸的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng),肌肉收縮等等;包括括神經(jīng)元和心臟組織的電信號(hào)。通過(guò)電生理配件實(shí)現(xiàn)了在體內(nèi)模擬組織特異性機(jī)電-生化信號(hào)的必要功能,能夠?yàn)榉?、骨和軟骨提供擴(kuò)張和壓縮力,以及用于肌肉,心臟,腦的電刺激和電信號(hào)監(jiān)測(cè)。
德國(guó)TissUse的HUMIMIC®類器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備來(lái)控制不同的芯片形式。比如HUMIMIC®Chip2芯片,能夠在每個(gè)芯片的兩個(gè)微流道連接的培養(yǎng)室中培養(yǎng)兩個(gè)不同或者相同的器官。芯片上的微泵在每個(gè)微流道中產(chǎn)生生理脈動(dòng)液體循環(huán)流動(dòng)。培養(yǎng)室可以靈活地裝載任何類型的器官,包括基于transwell的培養(yǎng)小室。芯片的底部是光學(xué)透明的玻璃,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像。
德國(guó)TissUse專有的商用MOC技術(shù)支持的器官培養(yǎng)物的數(shù)量范圍從單個(gè)器官培養(yǎng)到支持復(fù)雜器官相互作用研究的器官數(shù)量,包括單器官、二器官、三器官和四器官培養(yǎng)的商業(yè)化的平臺(tái)。成功的案例包括:肝臟、腸、皮膚、血管系統(tǒng)、神經(jīng)組織、心臟組織、軟骨、胰腺、腎臟、毛囊、肺組織、脂肪組織、腫瘤模型和骨髓以及各自的多器官串聯(lián)組合方案。
德國(guó)TissUse公司專注于類器官培養(yǎng)系統(tǒng)研究22年,推出的HUMIMIC類器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng),得到FDA的推薦,可提供不同類器官的串聯(lián)培養(yǎng)解決方案,避免單一類器官培養(yǎng)無(wú)法模擬人體器官相互通訊關(guān)聯(lián)的缺陷,同時(shí)也提供相關(guān)的技術(shù)方案和后續(xù)方法試劑支持,屬于國(guó)際上少有的“Multi-Organ-Chip" 和“Human-on-a-chip"的方案提供者。相關(guān)方案已被廣泛應(yīng)用于藥物開發(fā)、化妝品、食品與營(yíng)養(yǎng)和消費(fèi)產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域。
應(yīng)用場(chǎng)景
骨髓-毒性評(píng)估,單一藥物和多種藥物組合的腫瘤治療方案;
肝臟-藥物代謝及毒性評(píng)價(jià);
不同供體的皮膚和免疫細(xì)胞共培養(yǎng)-預(yù)防同種異體移植組織排斥反應(yīng)的療法評(píng)估;
小腸和肝臟-藥物吸收代謝和毒性的評(píng)價(jià);
肝臟和胰腺-2型糖尿病治療新靶點(diǎn)鑒定;
皮膚和腫瘤-抗腫瘤抗體安全有效性評(píng)估、治療窗口評(píng)估;
胰島、胰腺腫瘤和內(nèi)皮化血管-溶瘤病毒的安全性和有效性測(cè)試;
血管化骨髓和淋巴結(jié)-基因組編輯造血干細(xì)胞的致瘤性和增殖能力的評(píng)估;
血管化肝腎移植-評(píng)估調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞預(yù)防腎移植排斥反應(yīng)的潛力;
心臟、肝臟和胰臟-評(píng)估心臟代謝療法的作用方式;
腸、肝、腎、腦和血腦屏障(BBB)-藥物ADME分析、藥代動(dòng)力學(xué)、器官特異性毒性和血腦屏障遷移能力;
淋巴組織培養(yǎng)-維持免疫功能正常的淋巴組織;
甲狀腺和肝臟共培養(yǎng)-內(nèi)分泌干擾物鑒定模型;
……
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