[发明专利]三维组织器官培养模型及其高通量自动化立体图像分析平台及其应用

说明书

技术领域

    本发明涉及一种生物工程技术领域的高通量分析平台，具体涉及一种用于三维组织器官（包括类器官）培养模型及其高通量自动化立体图像分析平台，可广泛应用于个体化临床药物筛选、新药研发以及生物学研究。

背景技术

化学治疗是肿瘤重要的治疗手段，但肿瘤病人对抗癌疗法，如化疗的临床反应有很大的个体差异，表现在抗肿瘤药物往往只对某部分患者有效，其原因被认为是由遗传差异以及机体和肿瘤之间形成的微环境（microenvironment) 而驱动。许多患者遭受不必要的和损害性大的治疗，因为无法在治疗前判断不同肿瘤个体对药物的敏感性和耐药性。在许多患者，暂时的反应往往伴随随后耐药性的发生。因此，目前迫切需要研发可以被用来预测癌症患者对药物反应（敏感性或抗药性）的新方法和新技术。现有技术中的研究描述了肿瘤细胞系中的基因表达图谱与药物反应之间的相关性。然而，越来越多的证据表明肿瘤发展和对治疗的反应是由肿瘤微环境进行调控的。在此领域中有不少文献显示细胞外基质（RCM）可作为人类癌症临床结果的预测。因此，在含高水平血清的两维培养平皿中长期生长传代并永生化的细胞系，代表着一种过度简单化和脱离机体的生物学系统。虽然应用裸鼠异种移植人细胞株进行抗癌药物的试验已有报道，但此法不仅周期长和成本昂贵、缺少关键的免疫因素影响、不能复制或模仿人体内的微环境，而且很难测试所有的抗癌药物。

三维培养模型，包括类器官（organoid）培养，近年来得到了医药行业的关注。但是目前现有技术中尚缺兼容高通量的三维模型培养和定量的自动化平台，影响了预测各种不同类型肿瘤组织对药物治疗和研发新药的敏感性或反应性，无法进行临床上和新药筛选的大样本操作。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，通过大量实验筛选，用最优化的培养条件建立3D组织器官培养的模型；并解决在此领域内尚缺乏智能型高通量三维定量分析的技术，提供一种结构设计模块化，具有高通量、自动化、高精度、低成本等优点的三维组织器官培养模型及其高通量自动化立体图像分析平台。该平台可用于抗

肿瘤等药物筛选的评估，也包括对非肿瘤性疾病的和基础生物学的研究。

     技术方案：为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

     一种三维组织器官培养模型及其高通量立体图像分析平台，它包括三维组织器官培养系统，与三维组织器官培养系统相连的三维扫描采样系统和与三维扫描采样系统相连的高容量数据储存和计算机分析系统。

     作为优选方案，以上所述的三维组织器官培养模型及其高通量立体图像分析平台，所述的三维组织器官培养系统包括培养箱，培养箱内设有多孔培养板（如6、12、24、48和96孔培养板或多板并用，达到灵活性和高通量目的），培养板上设有matrigel基质胶和胶原构成的组织器官培养支架。本发明通过大量实验筛选出最佳的3D组织器官培养系统，研究规程中证明，Matrigel基质胶作为载体对不同类型组织的效应并不一样，有的效果不尽满意，很难进行样品间对比分析，实验结果不准确。并且单独采用胶原类产品作为载体，也存在类似的问题。本发明通过大量实验筛选，联合应用Matrigel和胶原，并进行优化比例混合，可对不同的肿瘤类型提供最佳的培养条件，可使培养成功率增加50%以上，更适合高通量自动化定量分析。可克服现有技术给药前生长不佳导致体积过小，很难在随后进行对照和比较，导致检测结果的不准确的不足，取得了很好的技术进步。 

作为优选方案，以上所述的三维组织器官培养模型及其高通量立体图像分析平台，，所述的三维扫描采样系统包括相衬照明光源，位于相衬照明光源下方的全自动X扫描移动平台和Y扫描移动平台，位于X扫描移动平台和Y扫描移动平台下方的自动z轴自动聚焦／图像拼接平台，CCD数码相机（配有图像采集卡），所述的CCD数码相机上方依次设有管透镜，带通孔过滤轮盘和双色/分束镜，所述的双色/分束镜的上方为自动z轴自动聚焦／图像拼接平台，自动z轴自动聚焦／图像拼接平台上安装有物镜，所述的双色/分束镜的一侧设有荧光照明光源和透镜，所述的多孔细胞培养板放置于X扫描移动平台和Y扫描移动平台上。

作为更优选方案，倒置荧光显微镜和三维自动扫描摄影装置放置在一恒温箱内，而计算机和屏幕则在室温下。扫描装置放置在恒温系统中可以避免因温度变化而改变培养组织的状态。