灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA

     類器官是指在結(jié)構(gòu)和功能上都類似來源器官或組織的模擬物，通過取特定器官的干細(xì)胞（iPS/ES），或者利用人的多能干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化，能獲得微型的器官樣的三維培養(yǎng)物，在體外模擬人體器官發(fā)育過程。

    類器官，具有某一器官多種功能性細(xì)胞和組織形態(tài)結(jié)構(gòu)的三維（3D）培養(yǎng)物，主要來源于人具有多項分化潛能的多能干細(xì)胞（包括人胚胎干細(xì)胞和人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞iPSCs）或成體干細(xì)胞。人多能干細(xì)胞能分化為個體所有類型的細(xì)胞，在體外，經(jīng)過誘導(dǎo)分化，模擬人體器官發(fā)育過程，能使人多能干細(xì)胞直接分化形成各種類器官；不同組織器官都存在內(nèi)源組織干細(xì)胞，在維持各器官的功能形態(tài)發(fā)揮著重要作用。這些干細(xì)胞在體外一定的誘導(dǎo)條件下，可以自組織形成一個直徑僅為幾毫米的具有組織結(jié)構(gòu)和多種功能細(xì)胞的三維培養(yǎng)物。器官芯片是獲取兩個或兩個以上不同的類器官，并且放置在特定的培養(yǎng)芯片上進(jìn)行共培養(yǎng)，能模擬人體的多個器官參與的生理學(xué)過程。
     

基于這一定義，可以發(fā)現(xiàn)類器官具備這樣幾個特征：
?    必須包含一種以上與來源器官相同的細(xì)胞類型；
?    應(yīng)該表現(xiàn)出來源器官所的一些功能；
?    細(xì)胞的組織方式應(yīng)當(dāng)與來源器官相似。
 

      類器官作為一個新興的技術(shù)，在科學(xué)研究領(lǐng)域潛力巨大，包括發(fā)育生物學(xué)、疾病病理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、再生機(jī)制、精準(zhǔn)醫(yī)療以及藥物毒性和藥效試驗。與傳統(tǒng)2D細(xì)胞培養(yǎng)模式相比，3D培養(yǎng)的類器官包含多種細(xì)胞類型，能夠形成具有功能的“微器官"，能更好地用于模擬器官組織的發(fā)生過程及生理病理狀態(tài)，因而在基礎(chǔ)研究以及臨床診療方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

類器官培養(yǎng)使研究人體發(fā)育提供了不受倫理限制的平臺，為藥物篩選提供了新的平臺，也是對現(xiàn)有2D培養(yǎng)方法和動物模型系統(tǒng)的高信息量的互補(bǔ) 。

      此外，類器官為獲取更接近自然人體發(fā)育細(xì)胞用于細(xì)胞治療成為可能。通過類器官繁殖的干細(xì)胞群取代受損或者患病的組織，類器官提供自體和同種異體細(xì)胞療法的可行性，未來這一技術(shù)在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也擁有巨大的潛力 。使用這項技術(shù)，采用CRISPR/Cas9能夠糾正體外遺傳異常并能夠?qū)⒔】档霓D(zhuǎn)基因細(xì)胞再次回輸入患者體內(nèi)，并在后期整合入組織內(nèi)。在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，患者衍生的類器官也被證明為有價值的診斷工具。在進(jìn)行治療之前，采用從患者樣本來源的類器官篩查患者體外藥物反應(yīng)，旨在為癌癥和囊胞性纖維癥患者的護(hù)理提供指導(dǎo)并預(yù)測治療結(jié)果。隨著類器官培養(yǎng)系統(tǒng)以及其實驗開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，類器官應(yīng)用到了各大研究領(lǐng)域。

      類器官可以模擬人體的內(nèi)外環(huán)境和人體器官，幫助研究人員觀測用藥會對人體器官功能產(chǎn)生什么樣的影響。在提倡精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和個體化治療的時代，類器官研究比傳統(tǒng)的二維細(xì)胞培養(yǎng)更具有針對性，并且可以區(qū)別不同癌癥對于相同藥物的反應(yīng)。不僅如此，研究者還希望通過誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞的再生潛能，體外生成新的器官或組織，然后移植入體內(nèi)以替代損壞的組織器官。     

北京佰司特科技有限責(zé)任公司正式簽約德國cellasys公司的灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA，與德國cellasys一起在中國成立cellasys China辦公室，負(fù)責(zé)德國cellasys公司在中國大陸地區(qū)，香港，澳門，中國臺灣以及新加坡的業(yè)務(wù)，主要業(yè)務(wù)為灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA的市場推廣，客戶拜訪，宣傳講座，路演DEMO，銷售定價，投標(biāo)簽約，進(jìn)出口以及安裝售后等所有事宜。

德國cellasys公司生產(chǎn)的灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA，是一種微流控微生理系統(tǒng)平臺，可以實現(xiàn)長時間，自動化，灌流式連續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞、組織、類器官。同時，通過監(jiān)測細(xì)胞耗氧率、細(xì)胞產(chǎn)酸率、培養(yǎng)基的溫度、跨膜電阻值，能夠?qū)崟r獲得類器官的代謝學(xué)和形態(tài)學(xué)的數(shù)據(jù)。

類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA，搭配自動化微流泵系統(tǒng),可以實現(xiàn)長時間，自動化，灌流式連續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞、組織、類器官。通過生物芯片技術(shù)，可以培養(yǎng)大尺寸的組織器官（1cm大小）或者transwell小室培養(yǎng)的組織，以及多器官串聯(lián)共培養(yǎng)。自動完成換液或者加藥，可以實現(xiàn)類器官的長時間培養(yǎng)，同時還可以進(jìn)行代謝學(xué)和形態(tài)學(xué)參數(shù)的實時監(jiān)測，對活細(xì)胞/組織/類器官的生長狀態(tài)進(jìn)行實施評估和檢測，通過加藥可以研究藥物對活細(xì)胞/組織/類器官的影響以及移除藥物后的恢復(fù)和再生效應(yīng)。

• 可以實現(xiàn)長時間，自動化，灌流式連續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞、組織、類器官。獨特的微流泵系統(tǒng)可實現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)溶液的自動更新，自動加藥或誘導(dǎo)因子，確保細(xì)胞分化為類器官。

• 6個獨立的模塊可以單獨控制每一個樣品的溶液，保證每個通道的獨立性，可以連續(xù)長時間培養(yǎng)和監(jiān)測6種不同的細(xì)胞、組織、類器官。

• 微流控系統(tǒng)保證換液次數(shù)及頻率（1-4分鐘換液一次），始終保持培養(yǎng)環(huán)境新鮮，O2充足，不會累積代謝廢物，不會影響細(xì)胞/組織/器官的生長，可以長時間培養(yǎng)檢測細(xì)胞、組織、類器官。

• 無需標(biāo)記物、非入侵式、不用額外的試劑、不接觸細(xì)胞、不破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、不需人員監(jiān)控、全自動培養(yǎng)。

• 可以研究多次加藥后細(xì)胞耐受，不同藥物的疊加效應(yīng)，加藥后的細(xì)胞和類器官的再生恢復(fù)效應(yīng)，以及多個類器官的串聯(lián)共培養(yǎng)。

• 封閉的體系設(shè)計保證了整個微流控灌流過程和培養(yǎng)過程的自動化和無菌環(huán)境。

• 兼容貼附細(xì)胞，懸浮細(xì)胞，transwell小室，組織，類器官，大尺寸的組織器官（1cm大?。?。

懸浮細(xì)胞，比如酵母、細(xì)菌、藻類、微藻等等。

單層的貼壁細(xì)胞，比如成纖維細(xì)胞、卵巢、神經(jīng)元。

組織、類器官，比如：小腸、皮膚、肝臟、心臟、血腦屏障、腦等類器官。

灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA，長時間類器官培養(yǎng)的同時，還可以實時監(jiān)測活細(xì)胞/組織/類器官的多個代謝學(xué)和形態(tài)學(xué)參數(shù)，包括耗氧率（pO2）、產(chǎn)酸率（EAR，pH）、跨膜電阻值（impedance，TEER，[Z]）和培養(yǎng)基溫度（Temperature），確保培養(yǎng)過程的準(zhǔn)確性和類器官的活性，以及加藥之后類器官的代謝狀態(tài)變化。

• 芯片電極監(jiān)測，而不是通用的光學(xué)檢測技術(shù)，其檢測靈敏度更高，檢測時間更長，避免培養(yǎng)基顏色變化帶來的干擾。

• 非入侵式測量，不用額外的試劑，不破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

• 細(xì)胞耗氧率、細(xì)胞產(chǎn)酸率、 跨膜電阻值和培養(yǎng)基溫度。

• 芯片底部透明材料——整個培養(yǎng)過程可兼容成像設(shè)備。

• 芯片耐70% 酒精——支持芯片反復(fù)重復(fù)使用。

細(xì)胞代謝主要是指細(xì)胞從環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，消化吸收后排放出降解物或雜質(zhì)。大多數(shù)碳水化合物，例如葡萄糖，都是細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。在有氧條件下，葡萄糖被細(xì)胞攝取后在胞漿內(nèi)轉(zhuǎn)變成丙酮酸，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)代謝，最終變成二氧化碳并產(chǎn)生能量；在缺氧條件下，葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)代謝為乳酸以提供能量?？傮w而言，細(xì)胞代謝增強(qiáng)時，葡萄糖的消耗增加，酸性的代謝產(chǎn)物也相應(yīng)增加，反之亦然。此外，外界環(huán)境因素對貼壁細(xì)胞的作用經(jīng)常影響到細(xì)胞的粘附和融合度，而細(xì)胞的粘附狀態(tài)是與細(xì)胞骨架的組織性和膜的完整性相關(guān)的，如果受到環(huán)境因素干擾，細(xì)胞則會改變其粘附方式，可能變圓或脫離基底。因此，監(jiān)測這些參數(shù)就能很好的了解細(xì)胞、組織、類器官生長過程中的細(xì)胞生理狀態(tài)和代謝行為。

     細(xì)胞/組織/類器官代謝主要是指細(xì)胞從環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，消化吸收后排放出降解物或雜質(zhì)。大多數(shù)碳水化合物，例如葡萄糖，都是細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。在有氧條件下，葡萄糖被細(xì)胞攝取后在胞漿內(nèi)轉(zhuǎn)變成丙酮酸，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)代謝，最終變成二氧化碳并產(chǎn)生能量；在缺氧條件下，葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)代謝為乳酸以提供能量。總體而言，細(xì)胞代謝增強(qiáng)時，葡萄糖的消耗增加，酸性的代謝產(chǎn)物也相應(yīng)增加，反之亦然。此外，外界環(huán)境因素對貼壁細(xì)胞的作用經(jīng)常影響到細(xì)胞的粘附和融合度，而細(xì)胞的粘附狀態(tài)是與細(xì)胞骨架的組織性和膜的完整性相關(guān)的，如果受到環(huán)境因素干擾，細(xì)胞則會改變其粘附方式，可能變圓或脫離基底。因此，監(jiān)測這些參數(shù)就能很好的了解細(xì)胞/組織/類器官內(nèi)的生理狀態(tài)和代謝行為。

   類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA非常適合與于監(jiān)測細(xì)胞/組織/類器官代謝過程的各種生理學(xué)指標(biāo)，包括產(chǎn)酸，產(chǎn)氧，貼壁電阻，溫度。可以單獨控制每一個樣品的溶液，分別有6個獨立的灌流泵來控制每個通道的灌流系統(tǒng)，保證每個通道的獨立性，可以連續(xù)長時間監(jiān)測6種細(xì)胞/組織/類器官的代謝情況。

     類器官灌流培養(yǎng)和代謝監(jiān)測系統(tǒng)—IMOLA的優(yōu)點主要在6通道每個孔都有獨立灌流和換液的功能，比較適合做長時間的觀測和再生醫(yī)學(xué)，以及干細(xì)胞、組織、類器官等等。

工作原理

     類器官灌流培養(yǎng)和代謝監(jiān)測系統(tǒng)—IMOLA，是通過微生理測量法監(jiān)測活細(xì)胞、組織、類器官的代謝活動。除了監(jiān)測細(xì)胞呼吸和細(xì)胞外酸化，細(xì)胞粘附和形態(tài)參數(shù)同樣提供了很多關(guān)于生命活動的有價值的信息。我們的生物芯片集成了微型傳感器來評估這些參數(shù)，確保了高靈敏度和穩(wěn)定性，并且該方法是無需標(biāo)記，并實時連續(xù)提供多個參數(shù)的數(shù)據(jù)。使用DALiA客戶端3.1應(yīng)用程序，可以對測量過程進(jìn)行編程并記錄數(shù)據(jù)。

灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA可以分析由自動化灌流系統(tǒng)之中的生物芯片所獲取的代謝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于用新鮮的細(xì)胞培養(yǎng)基或培養(yǎng)基的成分。

灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA兼容的樣品類型：

     針對所有類型的培養(yǎng)物提供不同的合適的配件；

        對于特殊實驗還可以通過對生物芯片的涂層來優(yōu)化培養(yǎng)效果；

     懸浮細(xì)胞、貼壁細(xì)胞、球體、Transwell細(xì)胞培養(yǎng)小室；

        大尺寸的組織器官（1cm大小）或者transwell小室培養(yǎng)的組織、以及商業(yè)化的組織和器官培養(yǎng)物；

應(yīng)用案例

1.  長時間培養(yǎng)貼壁細(xì)胞，研究貼壁細(xì)胞的毒理動力學(xué)。

     監(jiān)測培養(yǎng)的活細(xì)胞的活力是闡明化學(xué)物質(zhì)的毒理動力學(xué)效應(yīng)的關(guān)鍵。

• 是分析化學(xué)的重要試劑，可作為消毒劑和防腐劑。

• 通過3T3細(xì)胞的細(xì)胞產(chǎn)酸率（EAR，pH）來檢測的毒性作用。

• 被去除后，細(xì)胞恢復(fù)了正常的代謝指標(biāo)，說明該過程是可逆的。

• 細(xì)胞類型： 3T3小鼠胚胎成纖維細(xì)胞，貼壁細(xì)胞

     10%十二烷基溶液(7次稀釋)對成纖維細(xì)胞的毒性作用可以通過細(xì)胞阻抗(Z)來解釋。細(xì)胞類型：L929成纖維細(xì)胞，貼壁細(xì)胞。

     有了自動灌流系統(tǒng)，在活體類似的情況下，可以映射到體外實驗。細(xì)胞外酸化率用于評估1%十二烷基溶液對HepG2肝球蛋白的毒性。細(xì)胞類型：Hep-G2肝癌球體細(xì)胞

     表皮(RhE)是在保持臨界氣液界面的形成的，實時測量跨表皮細(xì)胞層電阻（TEER）.細(xì)胞類型：人類表皮細(xì)胞（RhE）， transwell細(xì)胞小室

2.  長時間培養(yǎng)貼壁細(xì)胞，研究新藥對貼壁細(xì)胞的影響。

     可以研究新藥對細(xì)胞/組織/類器官代謝和生理形態(tài)的影響。測定了抗腫瘤藥物牛蒡根素對PANC-1細(xì)胞系的影響，記錄了實時生物電阻的變化。細(xì)胞類型：PANC-1人胰腺癌，貼壁細(xì)胞。

3.  培養(yǎng)藻類的同時，監(jiān)測代謝活性進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。

     以藻類的代謝活性為指標(biāo)來進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。本例顯示了克氏小球藻在被苯嗪草酮污染后光合活性的降低，去除毒素后光合活性的恢復(fù)。細(xì)胞類型：chlorella kesslerialgae小球藻，懸浮細(xì)胞。

4.  細(xì)胞在不同的營養(yǎng)供應(yīng)培養(yǎng)條件下表現(xiàn)出不同的活性。

     為了在治療前評估藥物的有效性，可以測試藥物對病人的細(xì)胞/組織/類器官的代謝學(xué)影響。

• 胰島，特別是產(chǎn)生胰島素的beta細(xì)胞，可以在不同的營養(yǎng)供應(yīng)條件下表現(xiàn)出不同的代謝活性。在該實驗中，當(dāng)暴露于相當(dāng)于生理上低血糖和高血糖水平的葡萄糖濃度時，可檢測到beta細(xì)胞系的代謝活動呈現(xiàn)出明顯區(qū)別，反應(yīng)了不同條件下的胰島素分泌的不同。（Gln ；Glc葡萄糖）

• 細(xì)胞類型：INS-1E，beta細(xì)胞系，貼壁細(xì)胞

     Cisplatin（）是一種有效的抗癌藥物，用于治療多種實體瘤，如卵巢癌和肺癌等，并用于輔助治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤。

• Cisplatin與DNA的嘌呤堿基交聯(lián)，干擾DNA的修復(fù)機(jī)制，引起DNA損傷，激活多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括ERK、p53、p73和MAPK，其中對激活凋亡影響，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

• 細(xì)胞類型：MCF-7人乳腺癌細(xì)胞

5.  氣液界面培養(yǎng)皮膚類器官，并監(jiān)測類器官的產(chǎn)酸率和跨膜電阻值

Skin-on-a-Chip，Genes, 2018, 9, 114

• 作為人體的器官，皮膚代表著人體內(nèi)部和外部環(huán)境之間的結(jié)構(gòu)學(xué)屏障，將體內(nèi)器官與毒素、病原體隔離開來，并保護(hù)內(nèi)部器官免受紫外線輻射。除了屏障功能，人體皮膚還執(zhí)行人體的幾個基本功能，如熱調(diào)節(jié)、感覺和排泄。皮膚是人體抵御外部環(huán)境的影響的防護(hù)罩，新的化學(xué)物質(zhì)的研究，如藥物和毒素，分析和評估其對皮膚完整性的影響就是的。因此，人們開發(fā)了3D皮膚類器官模型來再現(xiàn)體內(nèi)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)出三維重建人表皮模型（reconstructed human epidermis，RhE），用于在制藥、化妝品和環(huán)境研究中評估皮膚暴露于外源性物質(zhì)后的毒性反應(yīng)。

• 通過IMOLA分析儀監(jiān)測皮膚類器官模型的細(xì)胞產(chǎn)酸率（EAR，pH）和 細(xì)胞層的跨膜電阻值（impedance，TEER，[Z]）。通過連續(xù)監(jiān)測RhE細(xì)胞模型超過48小時的TEER和EAR數(shù)據(jù)表明， IMOLA分析儀可以長時間穩(wěn)定培養(yǎng)芯片上的皮膚類器官，并監(jiān)測整個代謝過程。

6.  氣液界面培養(yǎng)小腸類器官，并監(jiān)測類器官的跨膜電阻值

Tissue-on-a-Chip, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, August 2020

• 藥物毒性的研究之中，重要的一點就是要腸道的吸收。臨床前體內(nèi)評估通常依靠小鼠或大鼠模型。然而動物模型不能準(zhǔn)確地預(yù)測藥物對于人體各個方面的效應(yīng)。從結(jié)腸（大腸）癌中提取的Caco-2細(xì)胞廣泛應(yīng)用于體外藥物吸收和毒性評估的。但是，細(xì)胞系和小腸組織的相關(guān)性有限，目前只能預(yù)測跨細(xì)胞（細(xì)胞內(nèi)途徑）滲透過程。此外，貼壁單層Caco-2缺乏細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用，不能模擬人小腸的多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

• 為了克服這種生理相關(guān)性的不足，科學(xué)家開發(fā)了新的三維重建人體組織模型，在整合的氣液界面（ALI）上培養(yǎng)三維小腸類器官—EpiIntestinal-FT。這個基于人體細(xì)胞的3D類器官整合了腸上皮細(xì)胞、Paneth細(xì)胞、M細(xì)胞、簇細(xì)胞和腸道干細(xì)胞以及人腸道成纖維細(xì)胞，可以用來表征腸道功能，包括屏障、代謝、炎癥和毒性反應(yīng)。

• 通過三通道IMOLA分析儀，監(jiān)測EpiIntestinal-FT的細(xì)胞層的跨膜電阻值（impedance，TEER，[Z]）。整個測量過程是非侵入性的、實時的，并且周期性自動更新培養(yǎng)基。在電阻值測量中，培養(yǎng)小室的頂部分別注入培養(yǎng)基，PBS和2.0% SDS。該系統(tǒng)在三個通道中都有一個自動的ALI，可以一次在三個芯片上進(jìn)行平行實驗。

7.  長時間培養(yǎng)心臟類器官，并監(jiān)測類器 官的產(chǎn)酸率和跨膜電阻值

Heart on a Chip: Microphysiometric monitoring of cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells.

• 微生理測量法是對生命或生物物質(zhì)的功能和活動以及所涉及的物理和化學(xué)現(xiàn)象的測量。它能夠?qū)崿F(xiàn)對活細(xì)胞代謝和形態(tài)的無標(biāo)記監(jiān)測，并在藥理學(xué)或毒理學(xué)等領(lǐng)域開辟新的應(yīng)用。、

• 我們成功地將該方法擴(kuò)展到對三維細(xì)胞模型（即器官芯片）的監(jiān)測。為了證明微生理測量法在人類心肌細(xì)胞中的適用性，我們通過無標(biāo)記和非破壞性監(jiān)測代謝和形態(tài)變化進(jìn)行了 檢測。

• 將源自人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）的 IBMT 心肌細(xì)胞在生物芯片上培養(yǎng) 22 至 30 天，然后將生物芯片從維爾茨堡運至慕尼黑并過夜培養(yǎng)，成功地通過光學(xué)檢查確認(rèn)了心肌細(xì)胞的跳動活動。隨后，進(jìn)行了 檢測，以確定從含血清培養(yǎng)基向無血清化學(xué)定義培養(yǎng)基轉(zhuǎn)變后的情況。

• 在 24 小時的檢測過程中，實時監(jiān)測了細(xì)胞的細(xì)胞外酸化和阻抗變化。

8. 多個類器官的長時間串聯(lián)共培養(yǎng)

Label-free monitoring of whole cell vitality, 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Osaka, Japan, 3 – 7 July, 2013, 1607-1610

• IMOLA是一種用于在線分析活細(xì)胞組織類器官的系統(tǒng)解決方案。它利用生物芯片BioChip-C直接監(jiān)測活細(xì)胞組織類器官的代謝學(xué)參數(shù)和活細(xì)胞形態(tài)變化（生物阻抗）。樣本無需標(biāo)記，可以并行或串聯(lián)，連續(xù)且實時進(jìn)行數(shù)周監(jiān)測。使用活細(xì)胞/組織/類器官作為樣本在體外研究藥物的毒性，以評估藥物對活細(xì)胞/組織/類器官的作用和效應(yīng)。

• 該系統(tǒng)優(yōu)勢包括：多參數(shù)（代謝學(xué)和形態(tài)學(xué)測定）、長期連續(xù)、無需標(biāo)記、高靈敏度以及優(yōu)化的灌流系統(tǒng)（可進(jìn)行實時連續(xù)換液，加藥，去藥等過程）。 該系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可通過灌流系統(tǒng)實現(xiàn)多器的官串聯(lián)培養(yǎng)監(jiān)測。模塊1培養(yǎng)的是具有代謝活性的細(xì)胞類器官（如HepG2三維細(xì)胞球）。這些細(xì)胞將前體藥物轉(zhuǎn)化為活性藥物后，被灌流系統(tǒng)傳送到敏感反應(yīng)的效應(yīng)細(xì)胞類器官（模塊2）中，實時監(jiān)測其效果。為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，必須抑制各個傳感器單元之間的電流干擾，減少試驗的干擾，將外界的影響降到。

• 為確保獨立測量所有細(xì)胞電信號，我們對細(xì)胞呼吸進(jìn)行了長期監(jiān)測，并在23小時后向儲液瓶中加入了SDS。結(jié)果顯示模塊2中的細(xì)胞受到影響的時間比模塊1中的細(xì)胞晚了20分鐘。這是由于泵速以及模塊1與模塊2之間的連接導(dǎo)致的延遲。該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于兩種不同細(xì)胞或類器官可以獨立監(jiān)測，這是混合共培養(yǎng)無法實現(xiàn)的。若模塊1中細(xì)胞代謝活性非常低，則可能無法在介質(zhì)通過時積累足夠的活性物質(zhì)。對于這種特殊情況，可以使用由蠕動泵來控制和調(diào)節(jié)液體流動的速度和體積。

類器官灌流培養(yǎng)和代謝監(jiān)測系統(tǒng)—IMOLA的部分文獻(xiàn)列表：

Parallel Impedivity Measurements for Enzyme Activity Quantification in Microtiter Plates for Calcite Precipitation Research
2025-12-09
Lapierre, F., Wiest, J., Güner, J., Huber, R.: Parallel Impedivity Measurements for Enzyme Activity Quantification in Microtiter Plates for Calcite Precipitation Research, 2025 47th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Copenhagen, Denmark, 2025, pp. 1-5, doi: 10.1109/EMBC58623.2025.11253444

Fetal bovine serum: how to leave it behind in the pursuit of more reliable science

2025-08-11

Weber T., Malakpour-Permlid A., Chary A., D’Alessandro V., Haut L., Seufert S., Wenzel E.V., Hickman J., Bieback K., Wiest J., Dirks W.G., Coecke S. and Oredsson S.: Fetal bovine serum: how to leave it behind in the pursuit of more reliable science, Front. Toxicol., 2025, 7:1612903, doi: 10.3389/ftox.2025.1612903

cellasys #8: A Microphysiometric Assay for Real-Time Cell Analysis within 24 Hours

2023-12-03

Eggert, S., Stetsenko, S., Wiest, J.: cellasys #8: A Microphysiometric Assay for Real-Time Cell Analysis within 24 Hours. In: Friedrich, O., Gilbert, D.F. (eds) Cell Viability Assays. Methods in Molecular Biology, vol 2644. Humana, New York, NY, 2023. 

Assaying Proliferation Characteristics of Cells Cultured Under Static Versus Periodic Conditions

2023-11-16

Gilbert, D.F., Friedrich, O., Wiest, J.: Assaying Proliferation Characteristics of Cells Cultured Under Static Versus Periodic Conditions. In: Friedrich, O., Gilbert, D.F. (eds) Cell Viability Assays. Methods in Molecular Biology, vol 2644. Humana, New York, NY, 2023. 

Systems Engineering of Microphysiometry

2022-12-13

Wiest, J.: Systems Engineering of Microphysiometry, Organs-on-a-Chip, 2022, 4, 100016, doi:10.1016/j.ooc.2022.100016

Amperometric microbial biosensor for sugars and sweetener classification using principal component analysis in beverages

2022-11-24

Umar, L., Rosandi, V.A., Setiadi, R.N. et al. Amperometric microbial biosensor for sugars and sweetener classification using principal component analysis in beverages. J Food Sci Technol 60, 382–392 (2023).

Practical workshop on replacing fetal bovine serum (FBS) in life science research: From theory into practice

2022-10-18

Eggert, S., Wiest, J., Rosolowski, J. and Weber, T. (2022) “Practical workshop on replacing fetal bovine serum (FBS) in life science research: From theory into practice", ALTEX – Alternatives to animal experimentation, 39(4), pp. 712–713. doi: 10.14573/altex.2207071.

Sensitivity and photoperiodism response of algae-based biosensor using red and blue LED spectrums

2021-03-02

Umar, L., Aswandi, F., Linda, TM., Wati, A., Setiadi, RN.: Sensitivity and photoperiodism response of algae-based biosensor using red and blue LED spectrums, AIP Conf. Proc. 2320, 050016 (2021).

Tissue-on-a-Chip: Microphysiometry With Human 3D Models on Transwell Inserts

2020-08-05

Schmidt C, Markus J, Kandarova H and Wiest J (2020) Tissue-on-a-Chip: Microphysiometry With Human 3D Models on Transwell Inserts. Front. Bioeng. Biotechnol. 8:760. doi: 10.3389/fbioe.2020.00760

Fourier Analysis in Microphysiometry

2019-01-28

Wiest, J.: Fourier Analysis in Microphysiometry. In Advances in Medicine and Biology 136, Nova Science Publisher, Inc., 2019, ISBN: 978-1-53613-722-3

Proliferation characteristics of cells cultured under periodic versus static conditions

2018-12-04

Gilbert, D.F., Mofrad, S.A., Friedrich, O., Wiest, J.: Proliferation characteristics of cells cultured under periodic versus static conditions, Cytotechnology, 2018, doi:10.1007/s10616-018-0263-z

Skin-on-a-Chip: Transepithelial Electrical Resistance and Extracellular Acidification Measurements through an Automated Air-Liquid Interface

2018-02-21

Alexander, F., Eggert, S., Wiest, J.: Skin-on-a-chip: Transepithelial electrical resistance and extracellular acidification measurements through an automated air-liquid interface, Genes, 2018, 9/2, 114; doi:10.3390/genes9020114

Microphysiometry

2018-02-06

Brischwein M., Wiest J. (2018) Microphysiometry. In: Bioanalytical Reviews. Springer, Berlin, Heidelberg.

Fetal bovine serum (FBS): Past – present – future

2018-01-20

van der Valk, J., Bieback, K., Buta, C., Cochrane, B., Dirks, W., Fu, J., Hickman, J., Hohensee, C., Kolar, R., Liebsch, M., Pistollato, F., Schulz, M., Thieme, D., Weber, T., Wiest, J., Winkler, S., Gstraunthaler, G. (2018) Fetal bovine serum (FBS): Past – present – future. ALTEX – Alternatives to animal experimentation. 35, 1, 99-118. 

A novel lab-on-a-chip platform for spheroid metabolism monitoring

2017-10-17

Alexander F.A., Eggert S., Wiest J. (2018) A novel lab-on-a-chip platform for spheroid metabolism monitoring, Cytotechnology, 70/1, 375-386.

Biology-inspired microphysiological system approaches to solve the prediction dilemma of substance testing

2017-05-31

Marx, U., Andersson, T., Bahinski, A., Beilmann, M., Beken, S., Cassee, F., Cirit, M., Daneshian, M., Fitzpatrick, S., Frey, O., Gaertner, C., Giese, C., Griffith, L., Hartung, T., Heringa, M., Hoeng, J., de Jong, W., Kojima, H., Kuehnl, J., Leist, M., Luch, A., Maschmeyer, I., Sakharov, D., Sips, A., Steger-Hartmann, T., Tagle, D., Tonevitsky, A., Tralau, T., Tsyb, S., van de Stolpe, A., Vandebriel, R., Vulto, P., Wang, J., Wiest, J., Rodenburg, M. and Roth, A.: Biology-inspired microphysiological system approaches to solve the prediction dilemma of substance testing, ALTEX, 2016, 33/3, 272-321 DOI: 10.14573/altex.1603161

2017 ALTEX award winner

(The members of the ALTEX Board, Editorial Board and Editorial Office elect the winner of the annual award out of all main articles published in the previous year)

Data processing in cellular microphysiometry

2016-11-30

Wiest, J., Namias, A., Pfister, C., Wolf, P., Demmel, F., Brischwein, M.: Data processing in cellular microphysiometry, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2016, 63/11, 2368-2375, doi:10.1109/TBME.2016.2533868

Cellular Assays with Multiparametric Bioelectronic Sensor Chips

2016-11-30

Wiest, J., Brischwein, M., Ressler, J., Otto, A.M., Grothe, H., Wolf, B.: Cellular Assays with Multiparametric Bioelectronic Sensor Chips, Chimia, 2005, 59/5, 243-246

Cellular signaling: aspects for tumor diagnosis and therapy

2016-11-29

Wolf, B., Brischwein, M., Lob, V., Ressler, J., Wiest, J.: Cellular signaling: aspects for tumor diagnosis and therapy, Biomedizinische Technik, 2007, 52, 164-168, DOI 10.1515/BMT.2007.030

Intelligent Mobile Lab for Metabolics in Environmental Monitoring

2016-11-29

Wiest, J., Stadthagen, T., Schmidhuber, M., Brischwein, M., Ressler, J., Raeder, U., Grothe, H., Melzer, A., Wolf, B.: Intelligent Mobile Lab for Metabolics in Environmental Monitoring, Analytical Letters, 2006, 39, 8, 1759-1771

Label-free monitoring of whole cell vitality

2016-11-29

Weiss, D., Brischwein, M., Grothe, H., Wolf, B., Wiest, J.: Label-free monitoring of whole cell vitality, 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Osaka, Japan, 3 – 7 July, 2013, 1607-1610

北京佰司特科技有限責(zé)任公司

灌流式類器官培養(yǎng)及代謝分析儀—IMOLA；類器官串聯(lián)芯片系統(tǒng)—HUMIMIC；

蛋白穩(wěn)定性分析儀—PSA-16；單分子穩(wěn)定性分析儀（磁鑷力譜測量儀）—HiMT；單分子質(zhì)量光度計—TwoMP；超高速視頻級原子力顯微鏡—HS-AFM；微流控擴(kuò)散測量儀—Fluidity One-M；

微納加工點印儀—NLP2000/DPN5000；臺式原子力顯微鏡—ACST-AFM；全自動半導(dǎo)體式細(xì)胞計數(shù)儀—SOL COUNT；農(nóng)藥殘留定量檢測儀—BST-100；