肺癌新药研发迎“量产神器”！最新研究：生物反应器自动化量产“迷你肺”，精准试药不用等
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研究实现了肺类器官的规模化、自动化量产，让 “迷你肺” 从手工培育迈入 “细胞工厂” 时代。
肺癌作为全球 “头号癌症杀手”，每年夺走近 180 万人的生命，中国更是常年面临肺癌高发病率与高死亡率的严峻挑战。但传统抗癌药物研发却深陷困境——耗资数十亿美元、耗时十数年的新药，临床试验失败率高达 90% 以上，核心瓶颈在于缺乏能精准模拟人类肺部复杂环境与个体差异的测试平台。动物模型与人体差异巨大，二维细胞培养又过于简单，无法重现肺部三维结构与细胞间的复杂交互。而被誉为 “器官替身” 的肺类器官技术，虽能从患者自身细胞培育出 “定制化微型肺”，却长期受限于手工操作、效率低下、成本高昂的 “手工作坊” 模式，难以走向临床规模化应用。
近日，德国杜伊斯堡-埃森大学等机构的科学家在《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》发表的研究，成功破解了这一难题。他们将此前开发的简易肺类器官制备方法，适配到独特的膜搅拌式生物反应器中，实现了肺类器官的规模化、自动化量产，让 “迷你肺” 从手工培育迈入 “细胞工厂” 时代。
这项技术升级的核心流程清晰且高效：首先以人类诱导多能干细胞（iPSCs）为 “种子”，这类细胞具备分化为任意细胞类型的全能潜力；随后让细胞在超低吸附培养板中自发聚集，形成 “胚状体” 小细胞团；再通过添加含 KGF/FGF7、FGF10 等特定生长因子的培养基，模拟肺部自然发育环境，引导胚状体中的干细胞分化为多种肺细胞；最终关键一步，是将处于分化初期的胚状体转移到配备特殊膜搅拌器的生物反应器中——这里的膜搅拌器能实现无气泡曝气和低剪切力搅拌，既保证充足氧气供应，又避免损伤脆弱的细胞结构，让成千上万的胚状体在稳定、均一的环境中并行发育，最终形成成熟的肺类器官。
经过长达四周的培养，研究团队通过显微镜观察、免疫荧光染色、免疫组化及单细胞 RNA 测序等多项严格检测证实，生物反应器 “量产” 的肺类器官，与手工培养的 “定制款” 在形态和细胞组成上高度一致。两者都成功发育出气道样和肺泡样结构，包含上皮细胞、中胚层来源细胞等核心肺细胞类型，甚至能检测到基底细胞、纤毛细胞、肺泡上皮细胞等特异性细胞亚群。
尽管存在细微差异——手工组肺泡细胞比例略高，生物反应器组类器官体积稍大且基底细胞、成纤维细胞比例略高，但核心细胞类型、结构完整性和生物学功能均未打折扣。更重要的是，整个生产过程可完全不依赖动物来源成分，既符合伦理要求，也避免了动物成分可能带来的实验干扰。
肺类器官（LuOrgs）的实验设计与形态学分析
这项突破的意义远不止 “多产迷你肺”，更是为肺癌精准医疗打开了全新大门。在药物研发领域，量产的肺类器官可实现数百种候选药物或不同剂量的并行测试，快速筛选出高效低毒的化合物，大幅缩短研发周期、降低成本；在个性化治疗方面，未来只需从肺癌患者身上取少量皮肤细胞，重编程为 iPSCs，通过这套自动化系统就能批量生产出患者专属的肺类器官，在正式治疗前测试化疗、靶向治疗或免疫治疗方案的效果，实现 “一人一策” 的精准医疗；此外，该平台还可用于研究特发性肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病、COVID-19 后遗症等复杂肺部疾病的发病机制，或测试患者对放疗的敏感性及放化疗联合方案的优化，应用场景极为广泛。
当然，目前的 “迷你肺” 仍有提升空间，其尚未完全重现肺部的免疫细胞和血管网络，这些成分的缺失可能影响部分生理功能模拟。但研究团队表示，这并不妨碍其作为药物筛选和治疗预测平台的核心价值，毕竟其细胞与患者体内细胞完全一致，能提供关键的治疗相关见解。未来，研究人员将进一步优化生物反应器参数、完善培养条件，尝试将免疫细胞、血管内皮细胞等成分整合进类器官，让 “迷你肺” 更贴近真实肺部的生理状态。
随着这项自动化量产技术的成熟，肺类器官有望从实验室走向临床一线，不仅能为肺癌患者带来更精准、高效的治疗方案，更能彻底改变肺部疾病研究与药物研发的格局，为全球数亿肺部疾病患者带来新的希望。
参考文献：
Bettina Budeus，Chiara Kroepel，Zehra Fatma Sevindik,et al. Upscaling: Efficient generation of human lung organoids from induced pluripotent stem cells using a stirring bioreactor, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (2025). DOI:10.3389/fbioe.2025.1684315
来源：生物谷
