随着体外三维培养技术的进步，患者来源的类器官（PDOs）在保持原始肿瘤的遗传异质性方面展现出重要价值，对疾病模型构建和药物筛选起着日益重要的作用。
传统的PDO培养方法在技术上仍面临一些挑战：
(1) 重复性差，PDO在活性、大小和形状上存在显著差异，难以确保实验结果的可靠性；
(2) 通量低，样本量有限，难以进行高通量药物筛选；
(3) 组织模拟性不足，缺乏血管细胞和肿瘤浸润免疫细胞的共培养体系，限制了在抗血管化和免疫治疗药物筛选中的应用。
类器官芯片（organoids-on-a-chip）是类器官在生物技术领域的拓展，能够有效解决传统培养技术的不足。
该技术以微流控芯片为核心，通过控制流体灌注、牵张力和化学梯度，在微环境层面上促进类器官的仿生结构和功能成熟。
它具有可控性、高通量和动态监测等优点，为PDO的规模化和自动化标准化培养提供了可能。
这将显著提高类器官模型构建的成功率、药物筛选的准确性，并扩展类器官的应用范围。
1. 基于微流控技术的类器官芯片的优势
1) 提高类器官的稳定性
由于传统类器官培养技术在细胞密度控制和物理流动条件等方面存在不稳定性，导致培养成功率仅在20%到95%之间，且PDOs在大小、形态和数量上存在差异。
微流控技术的引入显著提高了PDO模型的一致性和稳定性。
研究表明，微流控技术能够通过微通道处理和操控微小流体，这些微流体通过调节剪应力、间质流体流动和细胞密度，产生多种自分泌或旁分泌的细胞因子，从而形成不同的基质特性。
这些基质特性对类器官的形态、生长速度和代谢活动等生理状态具有潜在影响。
2) 高度模拟肿瘤微环境
肿瘤微环境（TME）是影响药物反应预测准确性的重要因素，已成为肺癌化疗和免疫疗法等药物研发的前沿热点。
大多数PDOs模型仅包含肿瘤细胞，而免疫细胞、基质细胞和细胞因子等关键微环境因素在培养过程中往往被丢失，这限制了PDOs在化疗和靶向药物筛选中的功能测试。
与静态共培养体系相比，微流控技术能够在纳米尺度上精确控制设备中的物理和化学参数，从而重塑TME的理化特性，模拟细胞间的复杂相互作用。
因此，类器官芯片能够将患者来源的肿瘤细胞与免疫细胞共培养，克服传统PDOs功能测试的局限性。
类器官芯片还可以外源性建立血管膜层，增强组织中免疫细胞与血管的相互作用，能够在体外高度重现肿瘤血管生成微环境及细胞间动态相互作用的过程，从而有助于研究相关分子机制和药物分析。
3) 动态监测药物反应
在药物疗效评估中，传统方法通常需要先对PDOs进行染色，然后通过荧光显微镜判断细胞的活性和状态。
这种方法不仅操作复杂，且可能影响后续实验，难以实现对类器官的动态实时监测。
微流控技术起源于集成电路芯片的制作，结合传感器的应用，可以无介入、无破坏性地动态持续监测类器官对药物的反应。
基于微流控技术的类器官有望实现多参数的动态检测，从而更全面和精确地评估药物的疗效或毒性。
例如，连接光寻址电位传感器或使用荧光探针，可以在不干扰类器官培养的情况下，对蛋白质大分子、mRNA、pH值和电化学变化等多种参数进行高灵敏度的连续观察。
这种技术的便捷实时性和精确可靠性将加速医疗科研的进程。
4) 实现高通量药物筛选
通过外科手术或小样本活检获得的组织十分有限，这为类器官在临床前药物筛选或个性化治疗中的应用带来了挑战，尤其是在高通量药物筛选中如何提供足够的细胞来源。
传统类器官培养体系的人工操作繁琐，难以模拟临床上常见的周期性用药方案，目前仍面临实现自动化和高通量药物筛选的困境。
与传统多孔板相比，类器官芯片具备纳米级的培养容量和多通道并行设计，显著降低了PDOs培养所需的细胞数量。
该芯片可以在微管道或微培养腔中快速反应，消耗的试剂量少，人工操作简单，从而大幅降低成本。
与需要大量手动药物递送的传统培养方法相比，机械自动化的类器官芯片能减少耗时费力的移液步骤，最大限度地避免人为错误并降低失败率。
该装置还可以轻松组合不同浓度的多种药物，实现大规模、多药物处理及识别潜在药物组合等多种功能。
2. 类器官芯片在肺癌精准治疗中的应用
1) 肺癌个性化药物筛选
有研究利用手术切除的肺癌组织在已构建的类器官芯片上进行PDOs的全基因序列分析，结果显示肺癌PDOs与标本切片之间有90%的体细胞变异一致，这为肺癌的个体化治疗提供了依据。
研究团队开发了一种基于肺癌PDOs的超疏水微孔阵列芯片，能够在极短时间内生成数百个类器官，并进行高通量化疗药物敏感性测试。
值得注意的是，这是首次在1周内将肺癌PDOs引入芯片并进行不同浓度的高通量筛选，显著缩短了类器官培养和药物测试的时间，解决了精准诊疗的一个重要难题，极大提升了类器官在临床转化中的效率。
最近，有学者成功实现了类器官的自动结构消化，并面向单细胞层面进行多层次异质性分析。
这一技术使得在芯片上实现单细胞分布与建库成为可能，并基于测序数据分析实现药物响应差异的分群以及单细胞类型的分类。
2) 探究肺癌TME中的复杂相互作用
针对抗肿瘤转移，靶向肿瘤微环境（TME）一直是研究的难点和热点。
微流控技术已成为构建肺癌转移模型的一种新手段，主要研究内容包括单细胞分析、内皮细胞迁移和新生血管生成等。
例如，研究者设计了一种简单的微流体芯片，用于模拟肺癌侵袭微环境及细胞与基质之间的相互作用。
在该装置中，培养的肺癌细胞能够形成三维球体，并表现出上皮-间质转化的特征（如E-cadherin、N-cadherin、Snail1和Snail2的表达改变），进而用于评估肿瘤细胞侵入远处器官（如大脑、骨骼和肝脏）的可能性。
通过类器官芯片再现TME中肿瘤与间质细胞的相互作用、血管生成及肿瘤转移的动态过程，有助于研究相关的分子机制和药物分析，进一步推动肺癌的精准治疗。
3) 基于肿瘤循环细胞(CTCs)构建类器官模型
循环肿瘤细胞（CTCs）是液体活检中的一种生物标志物，指的是从实体肿瘤脱落并进入外周血循环的肿瘤细胞。
由于其取样便捷且创伤性小，CTCs在早期诊断、预测肿瘤发展和指导个体化治疗中具有重要作用。
由于外周血中CTCs的浓度低于其他血细胞，二者的比例约为1:109，当前常用的液体组织学检查手段（如密度梯度离心法、过滤法和免疫磁性分选法）难以有效对极少数的CTCs进行体外扩增，限制了其临床应用。
研究者利用19名早期肺癌患者的全血，通过微流控芯片捕获CTCs，成功构建了与成纤维细胞共培养的类器官芯片模型。
该模型通过对芯片基底表面进行分子修饰，建立了识别分子与细胞靶标分子之间的高特异性亲和关系，从而实现了CTCs的有效分离。
该模型能够在14天内完成CTCs的体外扩增，支持基因、蛋白及功能等各方面的分析，对肿瘤精准医疗具有重要的临床意义。
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