一、实验背景与目的  

脑类器官作为模拟人脑结构和功能的体外三维模型，在神经发育、疾病机制和药物筛选研究中具有重要价值。然而，传统静态培养系统存在营养物质梯度不均、氧合受限等问题，影响类器官的成熟度和功能性。北京基尔比生物科技公司开发的《微重力三维细胞培养系统》 通过模拟微重力环境，可显著改善细胞外基质分布、促进细胞间相互作用，并减少剪切力损伤，为脑类器官的高效培养提供了创新解决方案。  
 

本实验方案旨在利用北京基尔比生物公司研制的微重力三维细胞培养系统 【Clinostat, Beijing Kilby-biotech】培养脑类器官，评估其在微重力环境下的生长特性、细胞组成及功能表现，并与传统静态培养系统对比，验证其技术优势。

 

 

二、实验材料  

1. 细胞来源：人诱导多能干细胞（iPSCs，如IMR90-4株）。  

2. 培养试剂：  

  - 神经诱导培养基（含LDN-193189、SB431542、XAV939等小分子抑制剂）。  

  - 神经分化培养基（含B27、N2、BDNF、cAMP等）。  

3. 微重力三维培养系统：北京基尔比生物科技三维旋转生物反应器（ Clinostat, Beijing Kilby-biotech,参数：转速5 rpm，37℃恒温，5% CO₂）。  

4. 检测工具：  

  - 活细胞成像系统（如Nikon Eclipse Ti2）。  

  - qPCR仪、Western blot设备、LC-MS/MS（用于神经递质分析）。  

 

三、实验步骤  

 

1. 脑类器官的制备与微重力培养

- 阶段1：神经诱导（0-10天）

 - 将iPSCs以2×10⁴ cells/well接种于U型低吸附96孔板，使用神经诱导培养基静置培养，每2天换液。  

 - 微重力组：第5天转移至微重力生物反应器，持续旋转培养（5 rpm）。  

 

- 阶段2：神经分化（10-120天）

 - 将类器官转移至6孔板，使用神经分化培养基（NDM-I），微重力组维持旋转条件。  

 - 第18天后更换为含维生素A的NDM-II培养基，添加BDNF和cAMP，每4天换液。  

 

2. 微塑料（MP）暴露实验

- 参考Park et al. (2025)方法，将50 nm和100 nm荧光标记MP（10 mg/mL）加入培养基，处理21天，评估MP渗透深度及毒性。  

 

3. 检测与分析

3.1 形态学评估：  

 - 激光共聚焦显微镜观察类器官结构（如神经元层、脑室样区域）。  

 - 免疫荧光染色（标记PAX6、SOX2、TUJ1、GFAP等）。  

3.2 功能分析：  

 - qPCR：检测神经发育基因（如FOXG1、OTX2）及凋亡相关基因（BAX、BCL-2）。  

 - Western blot：分析凋亡标志物（cleaved caspase-3）及突触蛋白（Synapsin-1）。  

 - 神经递质检测：LC-MS/MS定量谷氨酸（Glu）、γ-氨基丁酸（GABA）等。  

- 微重力效应验证：  

 - 对比静态培养组，评估类器官直径、细胞存活率（CellTiter-Glo® 3D试剂）及氧消耗率（Seahorse分析仪）。  

四、预期结果  

1. 微重力组脑类器官呈现更均匀的细胞分布、更大的体积（>500 μm）及更成熟的神经元网络。  

2. MP暴露实验中，50 nm MP在微重力条件下渗透更深（>300 μm），但凋亡率显著低于静态培养组（微重力可能缓解MP毒性）。  

3. 神经递质分泌谱显示微重力组Glu/GABA比例更接近体内水平。  

 

五、应用前景  

北京基尔比生物科技公司研制的微重力三维细胞培养系统 【Clinostat, Beijing Kilby】可优化脑类器官的仿生性，适用于：  

- 神经毒性研究：如环境污染物（MP、重金属）的作用机制。  

- 疾病建模：阿尔茨海默病、自闭症类器官的长期培养。  

- 药物筛选：高通量测试神经保护剂的疗效。  

 

北京基尔比生物公司主营产品：
Kilby 3D-clinostat 三维旋转仪，Kilby 微/超重力三维细胞培养系统，3D回转重力环境模拟系统，随机定位仪，

类器官芯片摇摆灌注仪，英国Kirkstall 类器官串联芯片灌流仿生构建系统