在胃癌腫瘤原代類器官培養中，微重力培養儀通過模擬太空微重力環境，為腫瘤細胞提供接近體內生長條件的力學支撐，結合三維培養技術，可顯著提升類器官的生理真實性和研究價值。以下從技術原理、培養方法、優勢及挑戰三個維度展開分析：

一、技術原理：微重力環境如何優化類器官培養

1.力學環境調控

傳統二維培養中，重力導致細胞沉降于容器底部，形成不規則結構；而微重力環境通過分散重力矢量，使細胞在三維空間中自由懸浮并自組裝，形成更接近真實腫瘤的立體結構。例如，旋轉式微重力培養儀（如3D回轉器）通過低剪切力旋轉，模擬胚胎神經管形成時的低應力環境，促進腫瘤類器官中神經血管單元的形成。

2.物質交換優化

微重力環境下，培養液中的營養物質和氧氣能更高效地向類器官內部擴散，同時代謝產物更順暢地排出，避免局部積累對細胞產生毒性。這種環境有利于維持類器官的長期穩定生長，促進細胞存活、增殖和分化。

3.細胞間相互作用增強

微重力可促進腫瘤細胞與基質細胞（如成纖維細胞、免疫細胞）的協同作用，形成更復雜的腫瘤微環境。例如，氣液界面（ALI）培養技術結合微重力環境，能維持腫瘤免疫細胞的活性，減少傳統機械破碎法對微環境的破壞。

二、胃癌腫瘤原代類器官培養方法：結合微重力培養儀的關鍵步驟

1.樣本獲取與處理

樣本來源：通過內窺鏡手術或活檢收集胃癌患者腫瘤組織，置于冷PBS中冰上運輸至實驗室，2小時內完成處理。

組織消化：使用膠原酶/透明質酸酶混合液（如800-1000μl Collagenase/Hyaluronidase DMEM溶液）在37℃下消化1小時，結合機械吹打促進細胞解離。

細胞分離：通過離心（1200rpm，5分鐘）收集細胞，用基質膠（如Matrigel）重懸后接種至微重力培養儀的旋轉容器中。

2.微重力培養條件設置

旋轉參數：根據設備類型（如3D回轉器或旋轉壁生物反應器），設置低速旋轉（通常5-20rpm）以避免剪切力損傷細胞，同時模擬微重力環境。

培養基配方：采用改良的DMEM/F12基礎培養基，添加關鍵生長因子（如EGF、Noggin、R-Spondin 1、FGF-10）和細胞因子（如HGF用于膽管癌類器官，但胃癌類器官通常無需添加）。例如，Vlachogiannis等人的研究中，胃癌類器官培養基包含1×B27 additive、1×N2 additive、0.01% BSA、2 mM L-Glutamine及上述生長因子。

氣體與溫度控制：維持5% CO?濃度和37℃恒溫，通過微重力培養儀的氣體交換系統（如膜式氧合器）實現高效氣體交換。

3.長期培養與監測

換液頻率：每2天更換一次培養基，補充營養物質并清除代謝廢物。

形態觀察：利用共聚焦顯微鏡或掃描電鏡定期觀察類器官的三維結構形成，評估細胞間連接和功能活性。

功能檢測：通過檢測凋亡/自噬標志物（如Caspase-3、LC3B）和遷移/侵襲能力（如Transwell實驗），分析微重力對腫瘤細胞生物學行為的影響。

三、優勢與挑戰：微重力培養儀在胃癌研究中的潛力與局限

1.優勢

生理真實性提升：微重力環境促進腫瘤類器官形成更復雜的三維結構，包括血管化、腔隙形成等，更接近真實腫瘤的生物學特征。

藥物篩選效率提高：微重力下腫瘤類器官對藥物的響應更接近體內情況，可減少體外實驗與臨床結果的差異。例如，加州大學圣地亞哥分校的研究顯示，微重力環境下腫瘤類器官對ADAR1基因抑制劑（如Fedratinib）的敏感性顯著高于傳統培養。

個性化醫療支持：結合患者來源的腫瘤類器官（PDTO），微重力培養儀可為胃癌患者提供個體化藥物敏感性測試，指導精準治療。

2.挑戰

技術標準化不足：微重力培養參數（如旋轉速度、培養基成分）缺乏統一標準，需進一步優化以減少批次間差異。

長期培養可行性：盡管微重力環境支持類器官長期存活，但更長期的培養（如數月）仍面臨營養供應和廢物清除的挑戰。

成本與可及性：微重力培養儀（如旋轉壁生物反應器）設備成本較高，限制了其在臨床和科研中的廣泛應用。