01
案例背景
随着类器官技术在新药研发与个体化治疗中的应用深化，传统手工胶滴包埋法已无法满足规模化筛选需求，普遍存在批次一致性差、操作流程繁琐、样本需求量大、数据重复性低等痛点，难以支撑高通量、标准化的肿瘤类器官（PDO）药物筛选。
图丨高通量全自动类器官构建系统
（Organoid BioFabricator）BP4000
适配384孔板高通量类器官药筛平台，核心目标包括：
搭建全流程自动化技术平台，形成标准化 PDO 药筛解决方案；
实现短周期内类器官构建与药物筛选测试；
建立微量细胞培养体系，降低类器官样本制备周期与成本；
提升药物量效关系的精准量化分析可行性。
02
解决方案
本项目采用核心设备牵引、多节点串联的全自动化构建思路，以BP4000高通量全自动类器官构建系统为核心，联动移液工作站、明场显微镜、多功能酶标仪三类设备，搭建适配384孔板的PDO类器官药物筛选自动化平台，实现从样本制备到药效检测的全程标准化运行，系统性解决传统手工方案通量低、批次一致性差、操作繁琐等行业痛点。
整体自动化架构
四类设备按实验流程依次衔接，形成端到端的自动化协同链路，整体串联逻辑如下图所示：
图丨实验流程图
平台以BP4000为制备核心，沿实验流程依次串联移液工作站、明场显微镜、酶标仪，覆盖类器官制备、加样换液、生长观测、药效检测全环节，实现无人值守的标准化自动化运行，从流程上消除人工操作带来的批次差异与效率瓶颈。
生物打印芯片
B220生物打印芯片是BP4000类器官构建系统的专用核心耗材，集成CMOS-MEMS微流控技术，是面向高通量类器官构建场景的高精度智能微流控制器件，也是本384孔规模化筛选平台实现标准化、高通量制备的关键支撑。
图丨生物打印芯片B220
针对384孔板PDO药筛的高通量需求，B220芯片以并行化微液滴控制技术为核心，充分匹配规模化筛选的制备效率与均一性要求：
高通量并行制备，精准适配384孔板规格
支持1kHz高速微液滴生成与1104路并行控制，响应精度达微米级，可同步完成384孔板的基质胶均一包被、单细胞悬液定量分配与三维培养微环境原位构建，单轮即可输出整块384孔板的标准化类器官样本，从制备源头大幅提升筛选通量，同时严格控制孔间差异。
低剪切力温和操控，保障高通量下样本活性
采用低剪切力流道设计，细胞处理后存活率可达90%以上，可适配原代肿瘤细胞等珍贵敏感样本，最大程度维持PDO的原始病理特征，确保高通量筛选下的数据具备充分的生物学相关性与可靠性。
无液路洁净设计，支撑多批次高通量筛选
采用无液路一体化结构，即插即用，全程无交叉污染风险，既简化了高通量场景下的操作流程，也消除了传统液路系统的残留干扰，有效提升多批次筛选实验的重复性与数据稳定性。
基于BP4000搭配B220芯片完成高通量标准化类器官制备后，平台通过多设备串联实现全流程自动化闭环：华大PrepAll移液工作站承接培养周期内的培养基更换与药物梯度精准加样，明场显微镜完成类器官生长状态的原位实时观测，最终由酶标仪完成细胞活性定量检测与药效数据输出，完整覆盖类器官药筛全周期。
03
实施验证结果
图丨结合BP4000、移液工作站
建立384孔板从细胞打印、PDO培养、加药全自动流程
核心性能指标
基于该自动化平台开展的 PDO 药筛验证实验，核心性能表现如下：
单孔仅需要400~500个PDO细胞即可启动药物测试，大幅降低珍贵临床样本的消耗量；
采用CTG法量化评估平行孔间差异性，体系孔间一致性可达CV＜10%@Day0、CV＜20%@Day8；
该体系对药物的杀伤效果与实验设计预期一致；
该体系与经典方法相比，成本明显下降，且周期与常规平台基本一致
药物筛选验证数据
两类抗肿瘤药物梯度筛选实验（CTG 活性检测）验证结果显示，平台可稳定输出清晰的量效关系：
受试药物 A：杀伤效应显著，呈明确剂量依赖性。低浓度组细胞活性约70.7%，高浓度组约40.6%；
受试药物 B：杀伤效应温和，量效关系清晰。低浓度组无明显细胞死亡，高浓度组活性约62.4%。
整体来看，该平台可实现微量细胞样本的药物筛选，孔间一致性优异，完整药筛周期可控制在一周左右，实验结果与设计预期高度吻合。
04
案例价值
本项目落地了384孔高通量PDO类器官自动化筛选方案，突破了传统手工方法的效率与标准化瓶颈。相比传统手工胶滴法，该方案单批次筛选通量大幅提升，人工操作与样本消耗显著降低，既可为药企提供高通量新药初筛平台，也可支撑临床个体化用药的快速检测，为类器官技术从实验室走向规模化产业应用提供了可复制的落地方案。
