3D细胞培养——尤其是类器官——正逐渐成为传统2D方法更具生理相关性的替代方案。这些微型的、实验室培育的结构能够更精确地复制人体器官的结构和功能，为研究提供了更具转化性和个性化的模型系统。
在转向3D方法的科学家中，阿尔伯特·爱因斯坦医学院助理教授Simone Sidoli博士正在使用类器官技术研究衰老的科学原理。尽管衰老是人类显而易见的表型，但其根本原因仍然未知，Sidoli博士希望通过3D视角来理解这些机制。
衰老本质上是一个3D过程；它不仅影响分子通路，还影响细胞结构、组织形态以及机械相互作用。类器官为研究这些动态过程提供了独特的窗口。与单层培养不同，类器官保留了空间组织，使得研究人员能够在接近真实组织的环境中研究染色质去凝集的展开过程。
类器官揭示人类衰老的新机制
Sidoli实验室的一个项目探讨了蛋白质修饰（特别是组蛋白琥珀酰化）如何在极长寿命模型中促进基因组稳定性。染色质结构的破坏是衰老过程中的典型现象，会导致转录失调和细胞功能障碍。他们的研究发现，琥珀酰化——在预计拥有极长寿命的个体中更为普遍的一种修饰——可能通过阻止转录因子结合并抑制赖氨酸去甲基化酶，从而保护染色质完整性。这种抑制促进了紧凑异染色质的形成，可能屏蔽基因组免受与年龄相关的损伤，为健康衰老提供了新的治疗策略。
一个特别值得关注的研究领域是如何在不影响细胞增殖率的情况下模拟染色质去凝集。这是一个复杂的挑战，需要与体内环境极为相似的细胞环境。“在2D培养皿中，细胞行为往往异常；它们的基因表达谱可能与我们在实际人体组织中观察到的情况显著不同，”他指出，“通过类器官，我们既可以维持细胞结构，也可以保持其功能，从而使我们能够在更具生物学相关性的背景下研究染色质动力学等现象。”
在衰老过程中，染色质失去凝聚性，DNA读取变得失调，导致细胞功能障碍。识别能够“保护”开放染色质区域免受异常转录调控的分子将开辟新的治疗途径。Sidoli实验室的目标是识别这些保护染色质的蛋白质修饰。
此外，Sidoli博士重新定义了生物重复的标准实验实践。传统实验通常依赖于来自不同培养板或孔的重复样本，但由于处理或表面积的细微差异可能引入变异性。而类器官作为独立的重复样本，更能准确反映生物个体性。这种转变增强了研究的统计和实验能力，尤其是在神经科学或肿瘤学等复杂领域，可重复性至关重要。
ClinoStar助力先进的3D细胞培养工作流程
对于如此精细且高要求的研究，培养系统也必须同样先进，而这正是ClinoStar系统的价值所在。由CelVivo开发的ClinoStar是一款专为3D细胞培养设计的独立培养箱。其关键创新在于独特的生物反应器ClinoReactor，该反应器利用旋转平衡原理。ClinoStar中的六个独立生物反应器允许研究人员微调每个反应器的旋转速度。这不仅支持均匀类器官的形成，还能模拟微重力环境，促进自然组织样生长。
ClinoStar的环境控制同样精密。研究人员可以通过CelVivo云界面远程管理温度、二氧化碳水平、旋转速度以及可选的氧气水平，从而实现无缝的实验连续性。对于Sidoli博士来说，这一功能不仅提高了结果的一致性，还增强了工作流程的灵活性。“我无需亲自待在实验室即可进行调整，这对于长期培养或与不同时区的合作者协调尤其有用，”他解释道。值得注意的是，Sidoli实验室被指定为CelVivo在美国的卓越中心。
六台独立摄像头提供实时视觉反馈，使研究人员无需打开培养箱即可全面监控实验，避免污染风险。一些小巧的设计，如免提开门按钮和内置白板，都体现了该系统对现实实验室环境的周到考虑。
重要的是，系统的紫外线-C消毒灯增加了额外的无菌保障，这对于敏感的3D培养至关重要。总体而言，这些功能共同创建了一个更加可控、高效和卫生的工作空间——这些经常被忽视但对需要高精度的研究至关重要的元素。
个性化医疗及其他领域的平台
类器官研究的广阔前景在于其推动个性化医疗时代到来的能力。由于类器官可以来源于患者特定的干细胞，因此它们使研究人员能够在个体层面上建模疾病和治疗反应。例如，在癌症研究中，肿瘤类器官已被用于体外测试化疗药物，使临床医生能够根据患者的实际肿瘤生物学特性而非人群平均水平定制治疗方案。
随着对高通量药物筛选兴趣的增长，拥有可靠且可重复的培养系统变得愈发重要。像ClinoStar及其配套设备ClinoReactor这样的系统，使扩大类器官研究变得更加容易。ClinoReactor的培养皿式访问方式和稳定的气体交换能力意味着大块组织结构可以在最小干扰下实现最大可重复性地操作。
这种可扩展性在制药领域尤为重要，因为药物发现和开发管道需要在多种条件下生成数百甚至数千个数据点。传统生物反应器系统通常在操作便捷性、污染控制或环境一致性方面存在不足。ClinoReactor通过自支撑设计、集成加湿和简化的培养基交换解决了这些问题。
创新与生物学交汇之处
类器官研究正处于一个转折点。2023年《自然综述分子细胞生物学》的一篇评论强调了3D培养系统在重现人类发育和疾病中的日益重要角色，特别指出其建模组织间相互作用和细胞异质性的能力——这两者对于转化研究至关重要。随着该领域的成熟，像ClinoStar和ClinoReactor这样的技术不仅是实现复杂生物学的关键，还将使其变得易于获取和常规化。
对于像Sidoli博士这样的研究人员来说，先进的3D细胞培养系统与创新培养箱设计的结合正在为衰老科学开辟新领域。更重要的是，它通过提高实验室效率、生产力和应对现代生物医学挑战的能力，改变了科学研究的方式。
随着越来越多的研究人员采用类器官作为实验模型，支持细胞生长和科学发展双重需求的工具将成为关键。从这个意义上说，ClinoStar不仅仅是一个培养箱，更是推动进步的催化剂。
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