高效类器官切割技术实现长期培养与高通量分析：三维打印模具的创新应用

（编辑推荐）本研究通过三维（3D）打印技术开发了四种类器官切割夹具，优化了人多能干细胞（hPSC）来源类器官的标准化切片方法。创新性的平底切割模具设计显著提升切割效率，结合GelMA/Geltrex包埋阵列技术，解决了长期培养中的缺氧坏死问题，促进细胞增殖（Ki67+比例提升），为发育研究、疾病建模（如脑类器官皮层形成）及单细胞空间转录组学应用提供高效工具。

　　

高效类器官切割技术推动长期培养与高通量分析

背景
类器官（Organoids）作为三维（3D）自组织细胞聚集体，在发育研究、疾病建模和个性化医疗中展现出巨大潜力。然而，随着类器官体积增大，核心区域缺氧和营养限制导致坏死核心形成，严重影响长期培养的可行性。现有切割方法存在通量低、易污染等问题，亟需技术创新。

材料与方法
研究团队采用Autodesk Inventor设计四类3D打印切割夹具（V型槽、带介质收集通道的V型槽、平底槽及赛道式模具），使用BioMed Clear树脂打印并灭菌。以hPSC（人胚胎干细胞H1系）来源的性腺类器官为模型，在迷你旋转生物反应器中培养，每3周切割一次。通过Ki67免疫染色、活细胞死亡染色（Live-or-Dye Red）及尺寸分析评估切割效果。此外，开发了GelMA/Geltrex包埋和硅胶模具冷冻切片技术，用于高密度类器官阵列制备。

结果

1. 切割模具优化：平底切割夹具表现最佳，将类器官平均面积从0.84 mm²
   降至0.60 mm²
   （p
   =0.0019），显著提升切割均一性。赛道式模具因硅胶基底不稳定导致类器官挤压变形。
2. 增殖增强：切割后类器官Ki67+细胞比例显著高于未切割组（D40-41: 0.35 vs 0.23；D59-61: 0.27 vs 0.16），且内部区域增殖活性提升（p
   <0.05），证实切割缓解了核心缺氧。
3. 长期培养优势：切割使类器官尺寸更均一，并维持细胞组织结构（如SOX9+支持细胞和胶原IV基底膜）。
4. 高通量分析技术：GelMA包埋阵列可实现类器官密集排布（适配Visium HD空间转录组6.5×6.5 mm捕获区域），硅胶模具则简化了冷冻切片流程。

讨论
该技术突破传统类器官培养的扩散限制，通过周期性切割维持细胞活力，支持长达5个月的培养。平底夹具设计兼顾无菌操作与高效切割，成本仅7.33美元/套。未来可结合自动化分选或调整切割频率，进一步优化类器官均一性。高密度阵列技术为空间转录组学等高价分析提供样本集约化方案，有望加速药物筛选与发育生物学研究。

应用前景

1. 疾病建模：适用于脑类器官皮层分层研究（如Qian et al.的切片皮层模型）及肿瘤药物敏感性测试。
2. 技术扩展：可适配多通道切割或软性材料（如PDMS）模具，提升通量。
3. 商业化潜力：类器官市场快速增长背景下，此技术为规模化培养与标准化分析提供关键工具。

局限性
当前技术对大小差异显著的类器官切割效率不均，未来需开发尺寸分选或动态调节夹具。此外，Geltrex包埋阵列的脆性可能影响切片完整性，需探索替代基质材料。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加外部引用。）