全流程3D ECM包埋类器官自动化高通量筛选平台加速罕见病药物发现

本研究针对传统高通量筛选(HTS)中细胞外基质(ECM)操作复杂导致类器官悬浮培养改变药物响应的问题，开发了全流程3D ECM包埋类器官自动化高通量筛选平台(wp3D-OAHTS)。该平台通过创新性自动化点样技术，在13天内完成2802种化合物对神经内分泌宫颈癌(NECC)类器官的筛选，鉴定出5种IC50 <10 nM的候选药物，其中组蛋白去乙酰化酶抑制剂Quisinostat 2HCl在体内展现出优于临床现有方案的抗肿瘤效果。该研究为罕见病药物开发提供了高效精准的技术平台。

　　

在药物研发领域，类器官技术正掀起一场革命。这些微型的"器官替身"能够模拟真实组织的结构和功能，为药物测试提供了更接近人体的模型。然而，当科学家们试图将类器官应用于高通量筛选时，却遭遇了一个棘手的矛盾——维持类器官三维结构的细胞外基质(ECM)过于粘稠，难以用传统自动化设备操作；而简化培养条件又会导致类器官失去关键特性。这种"鱼与熊掌不可兼得"的困境，严重制约了类器官在药物筛选中的应用潜力。

更令人担忧的是，现有解决方案往往选择牺牲类器官的三维特性。研究人员发现，即使是短时间的悬浮培养，也会导致类器官转录组发生显著改变，进而影响药物敏感性。这种改变就像让一个习惯穿正装的人突然换上运动服——外表和行为都会发生变化。对于神经内分泌宫颈癌(NECC)这类罕见肿瘤，这种偏差可能导致潜在的有效药物被漏筛，而假阳性结果则浪费宝贵的研究资源。

针对这一技术瓶颈，复旦大学等机构的研究团队开发了全流程3D ECM包埋类器官自动化高通量筛选平台(wp3D-OAHTS)。这项发表在《Life Medicine》的研究，通过创新的自动化技术，成功实现了在保持类器官三维特性的前提下进行大规模药物筛选，为罕见病药物开发开辟了新途径。

研究团队采用四大关键技术：1)集成冷却单元的8通道ECM点样系统，解决基质快速凝固难题；2)96通道液体分配模块实现高效培养基更换；3)自动化培养监测系统；4)多模式检测模块。使用来自NECC患者的类器官样本，在严格控制的环境下进行实验验证。

"自动化HTS平台用于3D ECM包埋类器官生成和药物筛选"部分详细介绍了平台设计。与传统方法相比，该平台能在0.1秒内完成每个孔的3μL ECM精准点样，整个筛选周期仅需10天即可测试8694种药物。关键创新在于冷却单元防止ECM提前凝固，以及飞点模式确保基质精确定位。

"wp3D-OAHTS平台优化3D ECM包埋类器官培养的均一性和可重复性"展示了平台性能。自动点样的ECM圆顶在位置(偏差<5%)和形状(圆度>0.95)上显著优于手动操作。宫颈癌、胃癌和结直肠癌类器官培养9天后，活力变异系数均<10%，证实了平台的稳定性。

"wp3D-OAHTS平台实现人NECC类器官2802种药物筛选"报告了大规模应用结果。平台在129块96孔板上完成筛选，Z'因子>0.7，实验间相关性达0.86。相比手动筛选，自动化平台额外鉴定出RSL3和Elvitegravir两个阳性化合物，显示出更高的灵敏度。在583个初筛阳性化合物中，71个是蛋白酪氨酸激酶抑制剂，49个作用于PI3K/Akt/mTOR通路，揭示了NECC潜在的新靶点。

"反向药物浓度梯度筛选鉴定7个具有NECC扩展适应症潜力的顶级候选药物"确定了高活性化合物。通过两轮浓度筛选(1μM和0.1μM)，最终获得7个IC₅₀
在纳摩尔级的候选药物，其中5个IC₅₀
<10 nM。值得注意的是，Mitoxantrone 2HCl的IC₅₀
仅为0.24 nM，展现出极高的效力。

"代表性药物Quisinostat 2HCl在体内对NECC表现出强抑制作用"验证了临床潜力。该组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAC抑制剂)处理后的类器官显示3815个差异表达基因，胆固醇代谢等通路显著下调。在移植瘤模型中，10 mg/kg剂量使肿瘤体积减少70%，效果优于临床常用的紫杉醇+卡铂方案。

"wp3D-OAHTS平台通过限制类器官悬浮引起的假阳性实现精准药物反应"强调了3D培养的重要性。研究发现，悬浮培养会使原本30-40%抑制率的化合物表现出50-60%的假阳性率，证实3D ECM环境对准确预测药物反应至关重要。

这项研究通过创新的wp3D-OAHTS平台，解决了类器官药物筛选领域长期存在的"三维特性与高通量不可兼得"难题。平台不仅大幅提升了筛选效率(13天完成2802种化合物测试)，更重要的是保持了类器官的生理相关性，为罕见病药物开发提供了可靠工具。鉴定出的Quisinostat 2HCl等候选药物，为缺乏标准治疗的NECC患者带来了新希望。研究同时警示科学界：简化培养条件虽能提高通量，但可能以牺牲预测准确性为代价。这项技术突破或将重新定义类器官在药物研发中的应用标准，推动个性化医疗向更高水平发展。