【Technews科技新報(bào)】華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院（UW Medicine）的研究人員開發(fā)了一種使用機(jī)器人的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以將干細(xì)胞培養(yǎng)成類器官（organoids）的過程自動(dòng)化，這項(xiàng)進(jìn)步有望大幅擴(kuò)展類器官在基礎(chǔ)研究和藥物研發(fā)上的應(yīng)用，主導(dǎo)研究的 Benjamin Freedman 表示，「這將是我們對抗疾病的新型秘密武器」。

過去生物相關(guān)研究所培養(yǎng)的細(xì)胞，經(jīng)常是在培養(yǎng)皿中進(jìn)行二維培養(yǎng)（2D cell culture），盡管培養(yǎng)方式較為簡易、成本也較低，但與人體內(nèi)的三維生長環(huán)境相比仍舊較為單一，為了能夠進(jìn)行更全面的實(shí)驗(yàn)，近年來研究人員已逐漸開始將干細(xì)胞培養(yǎng)成更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，而這種與人體器官類似、卻更為迷你的組織便被稱為「類器官」（organoids）。

由于類器官與基本器官在許多方面都表現(xiàn)相似，自然成為相關(guān)生醫(yī)研究的理想選擇，但過去因?yàn)榕囵B(yǎng)的困難性，在大規(guī)模生產(chǎn)上總是面臨挑戰(zhàn)，未來透過自動(dòng)化的協(xié)助，生產(chǎn)速度與成本將有望大幅改善。

在這次的研究中，團(tuán)隊(duì)先是運(yùn)用液體處理機(jī)器人分別將干細(xì)胞放入 384 孔的細(xì)胞培養(yǎng)盤中，接著在 21 天內(nèi)將它們誘導(dǎo)成為腎臟類器官，每個(gè)小微孔中產(chǎn)生至少十個(gè)以上的類器官，這讓每個(gè)培養(yǎng)盤中可用于研究的類器官數(shù)量上升到數(shù)千個(gè)。

通常建立這么大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)研究人員一整天，但在機(jī)器人的協(xié)助下，大約只需 20 分鐘便可完成。「最重要的是，機(jī)器人不會(huì)感到疲倦、犯錯(cuò)，毫無疑問，對于像這樣重復(fù)而乏味的任務(wù)來說，機(jī)器人比人類做得更好。」

除了用來建立實(shí)驗(yàn)室，研究人員還進(jìn)一步訓(xùn)練機(jī)器人運(yùn)用單細(xì)胞 RNA 測序（scRNA-Seq）來辨識(shí)、篩選產(chǎn)生的類器官，F(xiàn)reedman 認(rèn)為，這個(gè)系統(tǒng)讓人們能夠更好的了解這些器官的性質(zhì)，并提供一個(gè)可以改善的基準(zhǔn)，如今研究人員可以隨時(shí)運(yùn)用各種方式改變步驟，并迅速察覺到哪些變化產(chǎn)生了更好的結(jié)果。

團(tuán)隊(duì)也利用了這項(xiàng)新技術(shù)來尋找可能影響疾病的藥物。在其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，他們制造出了因?yàn)橥蛔儗?dǎo)致多囊性腎臟病（PKD）的類器官，并將 PKD 類器官暴露于許多物質(zhì)中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一種叫做 Blebbistatin 的肌球蛋白抑制劑會(huì)導(dǎo)致 PKD 類器官的囊腫數(shù)量與大小顯著增加。

Freedman 表示，這是非常出乎人意料的研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榧∏虻鞍着c PKD 并未有任何已知的相關(guān)性。由于肌球蛋白是一種會(huì)在肌肉收縮作用相關(guān)的蛋白質(zhì)，這讓 Freedman 推測，或許肌球蛋白也與腎小管的膨脹與收縮控制相關(guān)，如果肌球蛋白功能被阻斷，或可能導(dǎo)致 PKD 患者腎臟出現(xiàn)囊腫。「這絕對是我們必須關(guān)注的一個(gè)方向」。

盡管其他研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)利用類似的系統(tǒng)在成體干細(xì)胞方面取得了成功，但這是首次成功運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)從多功能干細(xì)胞（Pluripotent stem cell）中制造出類器官，由于多功能干細(xì)胞可以成為任何類型的器官，不僅僅是團(tuán)隊(duì)關(guān)注的腎臟疾病，未來各種類器官的大規(guī)模培育都有望進(jìn)行。

這項(xiàng)研究已經(jīng)在知名《細(xì)胞》期刊旗下干細(xì)胞領(lǐng)域?qū)I(yè)的《Cell Stem Cell》期刊中發(fā)布。