CelVivo ClinoStar® 2 动态三维细胞培养系统 · 完整技术白皮书(V5.0,2026-09)
CelVivo ClinoStar® 2 Clinostat 3D Cell Culture System — Complete Technical White Paper (V5.0)
文档定位:面向科研负责人(PI)、平台主管、采购与技采评审的技术决策文档。本文不是产品宣传册(Brochure),也不是参数手册(Datasheet)的简单拼接:它围绕"如何获得可预测、可重复、接近体内的 3D 细胞模型"这一具体问题,组织机制—证据—对比—采纳四层论证。所有关键主张均标注模型、规模、操作条件与出处,并对证据强度分级;厂商探索性结论与同行评议证据明确区分,局限单列一章。
数据基础:CelVivo 官方 Brochure 2026、Cancer / Brain 两本官方白皮书、ClinoStar/ClinoReactor 技术与产品信息表、Design Guide、Hypoxia 与 Getting Started 快速指南、多篇官方 Application Note(含 2025–2026 新增的 ClinoStar vs 轨道摇床剪切力对比、Bionomous、TheWell VitroGel、FIJI 平面测量)、2026-06 官方 Data Slide Deck 收录的 20 余篇 2023–2026 同行评议/预印本文献,以及配套的 CelVivo 产品知识库(231 篇文档、约 1.18 万条内容片段)。
配套:本文为 V4.1(2026-06-08,18 章)的全面重写版,更新了 2026 年新文献、自动化生态、低氧模块与最新货号/配置。
📌 执行摘要(Executive Summary)
问题:超过 80% 的肿瘤生物学家在进入体内实验前仍依赖 2D 单层培养(Hutmacher, 2010),但 2D 无法重建体内的形态、细胞–细胞/细胞–ECM 相互作用、营养与氧梯度、增殖节律与药物转运。静态 3D(低吸附板、悬滴、支架/水凝胶)改善了结构,却普遍受扩散耗竭区、缺氧坏死核心、批次不均一、难以长期/规模化制约;而搅拌式反应器与轨道摇床为维持悬浮所需的高转速,又把多数来自低剪切组织的哺乳动物细胞推入 0.3–1.7 Pa 的临界/致死剪切区间,人为改变基因与蛋白表达。
方案:ClinoStar® 2 是一台基于回转器原理(clinostat principle)的重力补偿式动态 3D 培养 CO₂/O₂ 专用培养箱。6 个独立转轴各驱动一个 10 mL 一次性 ClinoReactor®,以个位数到数十 rpm 的缓慢旋转让液体上浮力抵消重力沉降,使细胞聚集体处于近静止轨道悬浮、实测剪切力约 0.01 Pa(20 rpm)的环境,同时以温和的残余液流消除扩散耗竭区。其结果是:结构致密、无明显中心坏死、尺寸均一、可维持数周至一年以上动态平衡、可反复给药贴近临床疗程的功能性球体/类器官。
最相关证据(均带条件,详见正文):
- 剪切力数量级差异:ClinoStar 悬浮球 ~0.01 Pa(20 rpm) vs 搅拌式 0.3–0.66 Pa(100–200 rpm) vs 轨道摇床 0.6–1.6 Pa(20–60 rpm);哺乳动物细胞临界/致死剪切为 0.3–1.7 Pa(Wrzesinski & Fey, Bioengineering 2018;Croughan & Wang, 1991)。
- 头对头重复性(2026 官方 App Note):同一批 HepG2/C3A 聚集体在 ClinoStar 与轨道摇床各培养 15 天,ClinoStar 组持续球形增长、ATP/面积稳定、面积与活率变异系数(CV)更低;摇床组第 12 天后周边脱落、ATP/面积下降。
- 模型相关性:SCLC NCI-H69V 迷你肿瘤重复给药后重现 P-gp/ABC 多药耐药表型,而同一细胞 2D 培养不出现;肝、脑、肿瘤、胰岛、骨等多组织模型在极性、紧密连接、代谢/分泌功能与生物标志物上向体内靠拢。
- 最新同行评议扩展(2025–2026):88.46%(23/26)胶质母细胞瘤成类器官并保留微血管样结构;免疫隔离人胰岛动态培养改善葡萄糖刺激胰岛素分泌;皮层类器官低剪切培养贴合人胎儿皮层发育;另有 GenX 急性/慢性肝毒性、神经发育毒性、滋养层、宫颈癌卡铂耐药、黑色素瘤 TME、血管化肺类器官等。
适用边界(诚实声明):该体系仅用于科研(RUO),不用于诊断或治疗;优势在"低剪切、长期、无支架主动扩散悬浮",但同一反应器任一时刻只有一个转速,聚集体尺寸必须尽量均一;对本就需要高流体剪切(如部分血管内皮血流模型)或以支架刚性为核心变量的研究并非首选;部分前沿方向仍以预印本/单篇证据为主。
下一步:建议用实验室自有细胞做一次 2 天现场 Demo(可在 90 天内成交时抵扣),以"2D / 静态 3D / ClinoStar 三臂、统一终点(面积 CV、ATP、功能标志物)"做小规模头对头验证,再决定配置。联系方式见文末。
🧭 读者导航与证据约定
按角色跳读
| 你的角色 | 建议优先阅读 |
|---|---|
| PI / 课题组长(关心模型是否真预测体内) | 执行摘要 → 第 3 章原理 → 第 6 章低剪切专题 → 第 8–13 章与你组织相关的应用证据 → 第 16 章验证标准 |
| 平台主管 / 核心设施(关心通量、标准化、培训、稳定) | 第 4–5 章设备与反应器 → 第 7 章自动化生态 → 第 14 章 SOP → 第 18 章放大与多机 → 第 20 章安装/质量/培训 |
| 采购 / 技采 / 财务(关心合规性、独家性、成本、风险) | 第 2.3 节横评表 → 第 19 章经济性 → 第 21 章决策与配置 → 第 22 章局限与风险 → 第 23 章 FAQ |
| 学生 / 一线操作 | 第 5 章反应器 → 第 14–15 章 SOP 与故障防控 → 第 23 章 FAQ |
证据强度分级(全文统一标注,避免把探索性结果与常规验证等同)
| 标记 | 含义 |
|---|---|
| 🟢 常规验证 | 官方 SOP/技术资料支持,或已成为多用户常规方法 |
| 🔵 多篇/独立团队 | 多篇同行评议或多个独立研究团队复现 |
| 🟡 单篇 / 试点 | 单篇同行评议、试点或小样本研究 |
| ⚪ 探索 / 预印本 / 厂商 | 预印本(bioRxiv 等,未经同行评议)、会议资料或厂商提供数据 |
术语约定:本文以"3D 构建体(3D construct)"统称球体(spheroid,多来自细胞系/简单聚集)与类器官(organoid,多来自干细胞/原代、具自组织与器官样结构);"肿瘤球/肿瘤类器官(tumouroid / PDO)"指肿瘤来源构建体。每个英文缩写首次出现给出中文释义。
第 1 部分 问题、原理与横向对比
1. 为什么需要更好的体外模型
1.1 2D 培养的系统性偏差
抗癌药物最初几乎都在 2D 单层上筛选——据估计超过 80% 的肿瘤生物学家在体内实验前依赖 2D(Hutmacher, 2010),因为它简单、便宜、易读板。但 2D 让细胞贴在硬而平的塑料上,人为施加了体内不存在的选择压力:
- 形态与极性丢失:细胞被压成单层,无法形成管腔、腺泡、皮质板层等组织结构,转运蛋白与膜泵极性紊乱。
- 增殖节律失真:2D 细胞数天即可倍增,而正常组织与多数实体瘤细胞的倍增以数百天计;2D 实验多在指数增殖期完成,细胞周期状态与体内(大量静息/非分裂细胞)截然不同,这正是部分化合物在 2D 上"先假阳性、后假阴性"的重要原因。
- 微环境缺失:没有细胞–ECM 互作、营养/氧/废物梯度、间质与免疫成分,药物穿透、耐药与代谢能力被低估或高估。
- 长期漂移与遗传失真:永生化细胞系携带数千突变,又在传代中持续遗传漂变,常说不清哪些功能丧失来自原始肿瘤、哪些来自培养过程。

1.2 静态 3D 解决了结构,却卡在传质与存活
悬滴、超低吸附(ULA)板、微孔阵列、支架与水凝胶(Matrigel 等)让细胞得以三维聚集,自发形成接近来源组织的结构,并建立氧、营养与废物梯度。但静态体系存在两个内禀问题:
- 扩散耗竭区(diffusion depletion zone):培养基静止时,构建体代谢在其外周形成营养/氧被消耗、代谢物堆积的区域。当液层深度超过约 3 mm 时,贴底细胞甚至可自行造成缺氧。
- 缺氧坏死核心:无血管供氧主要靠被动扩散。一般建议静态实心球半径控制在约 175 µm 以内以防无氧核心;这把"能做多大多成熟"卡死在很低的上限。
此外,外源基质(如肿瘤来源的胶)成分不确定、批间差异大,且为静态环境设计,常导致构建体贴附、气体交换不足、坏死核心加重、结构不均。
1.3 动态体系的两难:要悬浮,就得加剪切
为改善传质、防止沉降,行业普遍使用搅拌式 spinner、轨道摇床、旋转壁式容器(RWV)与微流控。但为让构建体悬浮所需的高转速/内部搅拌,会产生较高且在容器内时空不均的流体剪切:剪切过小时混合不足,稍大又越过生理阈值,工艺窗口很窄,并带来孔间差异。多数来源于低剪切组织的哺乳动物细胞对此高度敏感,会启动机械转导(mechanotransduction),改变选择素、整合素等黏附分子与离子通道等机械感受器,扰乱功能。
这正是 ClinoStar 要解决的核心矛盾:用一种方式同时做到"持续悬浮 + 充分传质"和"近乎零剪切"。
2. 回转器原理与 ClinoStar 的技术路线
2.1 从植物回转器到细胞培养
回转器(clinostat)最初用于植物学:通过缓慢旋转持续、均匀地改变重力矢量方向,抵消单向重力效应,使植物横向生长。后来发现同一原理可用于让生物材料形成 3D 构建体。ClinoStar 把反应器绕轴缓慢旋转,使重力矢量被均匀"抹平"(模拟微重力效应),细胞因此获得更长、更稳的生长期,更接近体内标准。
2.2 三种力的平衡:近静止轨道悬浮
在旋转的 ClinoReactor 中,悬浮构建体主要受两种力:随黏度而来的培养基绕流、重力下拉。当液体运动产生的上浮力与重力沉降平衡时,构建体停留在近零剪切的静止轨道上。残余的轻微绕流恰好把构建体周围的耗竭区"擦掉",却不形成显著剪切——这是它区别于 spinner/摇床的关键。

2.3 被动扩散 vs 主动扩散:把存活半径从 175 µm 推到约 450 µm
- 被动扩散(静态):构建体周围形成营养/氧低谷与废物堆积,建议实心球半径 ≤约 175 µm。
- 主动扩散(ClinoStar):反应器旋转制造温和液流,显著压缩耗竭区,构建体可做到半径约 450 µm 仍避免无氧核心,寿命、组织化程度与尺寸都明显提升。


证据与边界:175/450 µm 为厂商 Brochure 2026 给出的工程经验值(⚪/🟢 之间),真实安全半径随细胞类型、细胞密度、耗氧率与葡萄糖浓度变化;设计大尺寸构建体时应以实测氧/坏死标志物校准,而非直接套用。
2.4 七种主流 3D 培养方法同边界横评
公平性说明:下表按"是否需要外源支架、剪切水平、传质方式、长期能力、通量/重复性、上手与成本、成熟度"同一组维度比较;不把 ClinoStar 的最佳实验室数据与其他方法的日常平均值对比。各方法都有其最适场景,ClinoStar 的定位是长期、低剪切、无支架主动扩散悬浮,并非取代一切。
| 方法 | 外源支架/胶 | 剪切水平 | 传质/坏死核 | 长期培养 | 均一/重复性 | 规模化/通量 | 上手与运行 | 最适场景 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 超低吸附/微孔板(静态) | 否 | 无 | 被动扩散,易坏死核(≤~175 µm) | 一般 | 微孔阵列较高 | 高(多孔板) | 最简单、最便宜 | 短期球体、初步药效、高通量筛选 |
| 悬滴(hanging drop) | 否 | 无 | 体积小、营养有限 | 弱 | 单滴均一好 | 中、操作繁 | 低 | 大小一致的小球、共培养起始 |
| 支架/海绵(scaffold) | 是 | 无 | 取决于孔径/连通 | 中 | 受支架批次影响 | 中 | 需选材料、降解干扰 | 需要刚性/黏附微环境的组织 |
| 水凝胶(Matrigel/VitroGel 等) | 是 | 无(静态) | 静态仍受扩散限 | 中 | Matrigel 批差大;合成胶更稳 | 中 | 胶操作门槛 | 类器官出芽、基质依赖模型 |
| 搅拌式 spinner | 否 | 高(0.3–0.66 Pa,100–200 rpm) | 好 | 中 | 内部搅拌不均、剪切敏感细胞受损 | 高(大容量) | 需优化搅拌 | 大规模扩增、对剪切耐受的细胞 |
| 轨道摇床 | 否 | 高(0.6–1.6 Pa,20–60 rpm) | 较好但时空不均 | 中 | 孔间差异、窗口窄 | 高(多孔板/摇床) | 设备便宜、普及 | 能耐受剪切的类器官常规扩增 |
| ClinoStar 回转器 | 否(也可兼容包埋) | 极低(~0.01 Pa,20 rpm) | 主动扩散,可至 ~450 µm | 强(数周至一年以上) | 单轴独立控速,CV 低 | 单机 6 反应器、可叠 3 台、可多机 | 需平衡/换液 SOP,耗材为一次性反应器 | 长期、功能性、患者来源、低剪切组织模型与反复给药 |
第二部分 产品技术与生态
旋转壁式反应器原理示意(转速对悬浮的影响):
微重力培养原理图(分子扩散梯度):
各类微重力平台对比(回转器 / 随机定位机 / 静置培养的差异):
3. 系统总览
ClinoStar® 2(货号 30003)由三部分构成:① ClinoStar 2 CO₂/O₂ 专用培养箱主机;② 一次性 ClinoReactor® 反应器;③ CelVivo Cloud 云端软件(另有本地面板)。可选 Hypoxia 低氧模块、壁挂件、超低吸附型反应器与 Well-X 微孔板方案。

3.1 ClinoStar 2 主机技术规格
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 类型 | 重力补偿式(clinostat)动态 3D 培养 CO₂/O₂ 专用培养箱 |
| 反应器位 | 6 个独立转轴,每轴 1 个 ClinoReactor;最多 3 台垂直堆叠 |
| 转速范围 | 0–100 rpm,精度 ±1%,0.1 rpm 步进,各轴独立、正/反转(可用于轻搅动) |
| 温度 | 高于环境 +6 ℃ 至 +30 ℃(云端操作界面约 0–41 ℃ 可调显示);控温精度 ±0.25 ℃ |
| CO₂ | 0–10 vol%,红外(IR)测量 |
| O₂ | 选配 Hypoxia Module,氮气置换控氧 |
| 腔体 | 内径约 305 mm × 深 80 mm;外形约 450 × 420 × 250 mm(宽×高×深) |
| 供电 | 110–230 V,50/60 Hz,额定 30–65 W;CO₂ 供气压力 ≤1 bar,Ø4 mm 气管 |
| 观察 | 6 个 500 万像素摄像头(每反应器 1 个),正光/背光,实时视频 |
| 去污 | UV-C LED 自动去污循环(仅关门时运行,30 mA) |
| 门 | Push-to-open 免推门,可用肘部开启、双手持反应器 |
| 均匀性 | 大加热元件 + 变速风机,保证温/CO₂/O₂ 均匀与快速恢复 |
| 控制与连接 | 10.1″ 平板本地控制(1920×1080)+ CelVivo Cloud;Wi-Fi/以太网;1 控制器最多管 50 台;3× USB(接低氧模块等) |
| 报警/日志 | 温度、CO₂、O₂ 越限邮件/短信报警;全程事件日志;用户级权限(管理员/用户/组织) |
| 专利 | 主机 WO 2022/008292、WO 2022/144461 |
| 合规 | CE;研究用途(RUO) |
3.2 六个独立转轴与实时影像
每个反应器由独立电机驱动,可单独、远程设置转速与转向,并由正对该轴的摄像头实时监控,无需开门干扰环境。前/后照明保证影像通透。这对"同一台机里并行培养不同大小、不同阶段构建体"尤为关键。
系统外观(实拍):
完整功能界面(含 6 路独立电机 / CelVivo Cloud / 摄像头 / 紫外灭菌):
4. ClinoReactor® 一次性反应器
ClinoReactor®(专利 WO 2021/245117、WO 2021/001472)是一只一体化半封闭一次性生物反应器,前壁兼作可移除盖,打开后像培养皿一样完整访问腔体,便于放大构建体、取样与放入/取出。
| 项目 | 参数/特性 |
|---|---|
| 培养腔 | 固定 10 mL;V 形底;单反应器最高约 2,900 万细胞,可维持 350+ 个成熟构建体(每个 >8 万细胞) |
| 加湿 | 环绕加湿腔 + 可水化蓝色加湿珠(注入 25 mL 无菌 WFI 水),免培养箱水盘、显著降低污染并保持液量 |
| 气体交换 | 0.2 µm 半透膜 + 顶部 2 个通风口,CO₂/O₂ 主动快速平衡,阻挡污染物 |
| 腔外保态 | 取出主机(换液/镜检)时仍较长时间维持气体、pH 与温度 |
| 观察 | 光学透明聚苯乙烯,可在封闭状态直接明场/荧光镜检 |
| 表面 | 聚丙烯 + 聚苯乙烯低吸附、低分子吸附;另有 UltraLow 超低吸附型 |
| 操作 | 可立脚、立/卧多工作位;顶部端口加/换液,前端口加单细胞或球体,前盖取大构建体;整器换液约 30 秒内 |
| 货号 | 标准型 10004-12(12 支/盒);超低吸附型 10006-12;随附 WFI 安瓿、起子、黑色衬板、备用顶塞 |
| 保存 | 一次性、无菌双层包装;室温 15–25 ℃ 避光;RUO |


5. CelVivo Cloud 与本地控制
可通过随机平板的本地热点面板离线控制,也可接入 CelVivo Cloud(货号 31001-sw)从任意联网设备(电脑/手机/平板)远程操作:
- 实时查看 6 路摄像头与构建体发育;
- 单独调节每个反应器转速/转向,实时调节温度、CO₂ 与 O₂;
- 远程启动 UV-C 去污;
- 事件日志记录所有报警、编辑与调整,便于合规追溯;
- 用户级权限与多实验室组织管理;远程诊断与自动软件更新。
CelVivo Cloud 远程控制界面:
6. Hypoxia 低氧模块
选配 **Hypoxia Module(货号 30021)**通过氮气置换精确降低并控制腔内 O₂,用于模拟肿瘤、肠、部分发育微环境的生理性低氧。安装需 N₂ 气源、5–12 bar 供气压力调节阀、¼″ NPT 接头(PTFE 密封),模块经 USB 接入。配合 1603-011 v7.0 Hypoxia Quick Guide 完成泡沫密封、模块贴装与氮气检漏(10% SDS 液检漏)。

使用边界:低氧调控的是培养箱气相 O₂,构建体实际氧合仍受尺寸、细胞密度与扩散共同决定;生理性低氧 ≠ 缺氧胁迫,具体目标氧浓度应按组织类型设定并以氧敏感读数验证。
7. 自动化与外部生态(2025–2026 重点更新)
ClinoStar 的定位是"标准化生产高均一 3D 构建体"的核心环节,向上游成球与下游分选/检测延伸,形成从 3D 培养到 assay-ready 的流水线。
7.1 Bionomous EggSorter:智能分选与接种
Bionomous EggSorter 通过高速成像与形态分析(直径、圆度、表面积)对构建体温和分选,可按设定尺寸窗口(如 800–900 µm "大"、700–800 µm "小")分级,直接分配回 ClinoReactor 继续动态培养,或精准点入 6–384 孔板做下游高通量实验,活率与形态无损。
- <20 分钟完成一整块 96 孔板的成像分析与接种;
- 手动操作时间减少 >80%;
- 价值:统一纵向研究起始群体、降低处理前生物学变异、同步成熟阶段、研究尺寸依赖的药物穿透与低氧效应、提高毒理响应可预测性。
7.2 TheWell VitroGel®:可控合成水凝胶包埋放大
对于自身 ECM 分泌过多导致失控聚集融合、或 ECM 不足难以自组装的细胞,可用无异种(xeno-free)合成 ECM 替代品 **VitroGel® Hydrogel Matrix(VHM01)**包埋后在 ClinoReactor 中动态培养。官方 App Note 以 MDA-MB-231 三阴性乳腺癌为例:150 万细胞/批、配制 5,000 细胞/µL、用 1 µL/dot 点入 60–100 个胶点,实现微环境可控、聚集体均一、高活率高产量的规模化 3D 培养。
7.3 FIJI 平面测量与 Well-X
- FIJI planimetry:官方 019 SOP 给出在 ClinoReactor 内对球体做自动/手动平面面积测量的流程,是无标记、纵向跟踪生长与计算 CV 的标准读数。
- Well-X:微孔板式旋转扩展方案,用于需要更高孔板通量的场景(与 ClinoReactor 互补)。
第三部分 方法学:从单细胞到成熟构建体的标准流程
本部分综合官方 New Manual(2023 v2.10,67 页)、Getting Started V3.00、Protocol 003/004/013/014/015/019/020/021/022、ClinoReactor PIS 与多篇 Application Note。不同细胞的接种密度、培养基与换液节奏差异很大,下列数值为通用框架与文献示例,落地前应以官方对应细胞 SOP 为准。
8. 标准工作流总览
一条典型 ClinoStar 流程分七步:
- 环境与主机准备:水平放置(用水平仪)、环境 18–30 ℃、湿度 ≤70%、干燥通风、预留开门空间;接 CO₂ 气管与过滤、电源;开机并经本地平板或 CelVivo Cloud 设置温度/CO₂/转速。
- ClinoReactor 平衡(equilibration):新反应器加培养基与加湿珠注水后,装机在目标条件下平衡(通常过夜),使膜气体交换、pH、温度稳定。
- 构建体起始:单细胞可用微孔板(如 SP5D)预聚集形成均一球体,或直接 dotting;脆弱/难自聚细胞用海藻酸钠或 VitroGel 包埋。
- 转入与悬浮:把均一构建体转入平衡好的 ClinoReactor,设低速启动、逐步调到目标 rpm,确认无大气泡、构建体悬浮不贴壁。
- 动态培养与监测:靠 6 路摄像头与 Cloud 远程观察;按 48/48/72 h 节奏换液;定期做平面面积/ATP 等读数。
- 处理/给药:通过端口加药,可长期、重复、恢复式给药模拟临床疗程;低氧研究接 Hypoxia 模块。
- 收获与检测:前盖打开取大构建体;做组织学、免疫荧光、ATP/BCA、分泌标志物、组学、药敏等。
3D 培养方法对比图(静态 / 旋转 / 包埋 / 微孔板四大路径):
培养方法细节对比:
9. 关键 SOP 要点
9.1 反应器平衡与制备(Protocol 003 / PIS)
- 给加湿腔蓝色珠子注入 25 mL 无菌注射用水(WFI),形成被动加湿、免水盘。
- 加培养基后装机平衡,让 0.2 µm 膜完成 CO₂/O₂ 交换、pH 稳定;这一步直接影响起始存活。
- 检查并排除显著气泡(官方教程区分"显著/不显著气泡"):大气泡会扰乱悬浮轨道并造成局部高剪切。
9.2 换液(Protocol 004)
- 利用顶部端口与可立脚设计,整器换液约 30 秒内完成(中文产品资料标 <40 秒),把暴露与温度/pH 波动降到最低。
- 典型节奏 48 h / 48 h / 72 h(CS vs OS App Note 即采用),具体随葡萄糖/乳酸监测调整。
- 文献实测(LS180 结直肠癌球):新鲜培养基含糖 6.8 mmol/L,3 天后耗到 <1.1 mmol/L,第 6–10 天几乎测不到——说明高密度培养时换液节奏与球体密度必须按耗糖量管理,不能照搬静态板节奏。
9.3 构建体起始三法
- 直接 dotting / 强制聚集:适合容易自聚的细胞系(如 HepG2/C3A)。
- 微孔板预聚集:用 SP5D 等球形微孔板(如 1,000 细胞/孔过夜)生成尺寸一致的球体,再转入反应器——这是 CS vs OS 研究与追求低 CV 的推荐做法。
- 包埋法:
- 海藻酸钠(Protocol 014):保护脆弱细胞、限制融合;TNBC 等研究用海藻酸珠。
- VitroGel(Protocol 015):1.5×10⁶ 细胞/批、5,000 细胞/µL、1 µL/dot、60–100 胶点,室温凝胶 10 min;适合 ECM 失调细胞与放大。
- 共培养构建体(Protocol 011)与低黏附处理(Protocol 010)、构建体包被(Protocol 021)、甲基纤维素增黏防碰撞(Protocol 022)按细胞特性选用。
9.4 转速与尺寸均一
- 系统 0–100 rpm、0.1 rpm 步进;实际培养多在个位数到二、三十 rpm(CS vs OS 用 8.5–26.5 rpm,对比摇床 75–100 rpm)。
- 铁律:同一反应器同一时刻只有一个转速。转速由"让尺寸偏大的构建体也悬浮、又不产生剪切"决定,因此入腔构建体尺寸分布必须尽量窄;尺寸悬殊会迫使转速迁就大球而让小球受扰。可用 Bionomous 按尺寸窗口分级入腔。
- 防聚集(官方 support 建议):降低起始密度给足空间、保证均一初始球体、必要时增黏或包埋、及时调整转速。
9.5 读数与质控(Protocol 019)
- 无标记纵向:FIJI 平面面积(明场/背光影像),每批 n≥30,跟踪生长与 CV。
- 活率/生物量:ATP(如 n=6)、BCA 蛋白(n=3)、胞外腺苷酸激酶(AK)释放监测死亡。
- 功能:肝—白蛋白、尿素、CYP;胰岛—葡萄糖刺激胰岛素分泌(GSIS);肿瘤—药敏/耐药标志物;神经—SOX2/NeuN 等。
- 统计:组间用双因素 ANOVA + Šídák 事后检验,p<0.05;预先规定 n 与重复批次。
9.6 低氧换液(Protocol 020)
在 Hypoxia 条件下换液要尽量缩短复氧暴露,使用预平衡的低氧培养基并通过端口快速操作,避免生理性低氧实验被"换液瞬时常氧"污染。

图:ClinoReactor 8 个关键部件(A 顶塞、B 通气孔、C 加湿腔、D 培养腔上盖、E 细胞培养主腔、F 前端口、G 加湿端口、H 支脚)
培养腔细节(含通气膜/前端口/液面):
腔内类器官(长程培养状态):
9.7 4 团队脑类器官 protocol 对照(关键参考表)
数据源:Brain White Paper 2026 + Aiello 2025 bioRxiv + Ferraro 2023 AGS Poster + Qiang lab 论文
| 团队 | Stage 2 EB 形成 | Stage 3 神经诱导 (Day 6-25) | Stage 4 分化 (Day 25-45) | Stage 5 成熟 (Day 45-90+) |
|---|---|---|---|---|
| Aiello 2025(洛桑) | AggreWell 800,matrix-free,6000 cells/EB,Day 6 EB >200 µm | ClinoReactor + ClinoStar 2,EGF+FGF2,3-26 RPM 动态调 | Day 25 转 Orbital Shaker,B27 w/o vitA,BDNF/NT-3/L-AA/DHA/cAMP,20 天 | Neurobasal A-Plus + B-27 Plus,Day 90:TBR1, SATB2, vRG/oRG |
| Drexel Qiang | AggreWell 96-well + 双 SMAD 抑制,Day 5-7 EB | ClinoReactor + ClinoStar(全程不切) | 持续 ClinoStar,B27 + 神经分化因子,Day 45 dorsal forebrain 成熟 | 持续 ClinoStar 长程维持 |
| Trombetta-Lima(Groningen) | Cortical general protocols(Lancaster 2014 改良) | Day 6-80 不用 ClinoStar(实验设计,static vs dynamic 对照) | 静态 cortical 培养 | Day 80 后转 ClinoStar ≥30 天,Day 110 → 8 mm 直径,无 necrotic core |
| Ferraro 2023 AGS | Microwell culture plate, 6000 cells/EB | ClinoReactor 动态悬浮,STEMdiff Neural Induction Kit | ClinoReactor 继续,STEMdiff Kit maturation | cortical identity + AGS 患者特异表型 |
关键共性:
- 都从 hiPSC 起步
- 都用 AggreWell 静态聚集 + 双 SMAD 抑制(Dorsomorphin + SB-431542)
- EB 接种密度 6000 cells/EB,终点 >200 µm
- 神经诱导都进 ClinoReactor(Trombetta-Lima 除外)
关键差异:
- Aiello 2025 在 Day 25 从 ClinoStar 转 Orbital Shaker(2 个原因:① organoid 长到 1cm 超过 ClinoReactor 培养室尺寸 → 物理接触融合风险;② RC 设计为 2 周优化窗口)
- Qiang + Ferraro 持续用 ClinoStar(不分流到 shaker)
9.8 RPM 速查表(按方法分组)
实测参数(v5 升级, 来源:CelVivo KB O-protocol 英文原文 + 2 篇飞轮归纳)
A. 单细胞悬液自组装路径(Protocol 008 + 012)
| Day | RPM 范围 | 备注 |
|---|---|---|
| 0 | 5-8 | 接种后立即启动 |
| 1-3 | 5-13 | 聚集形成期 |
| 4-7 | 7-15 | 球体可见 |
| 8-10 | 13-20 | 球体长大 |
| 11-14 | 15-22 | 平台期 |
| 15-23 | 16-25 | 长期维持 |
B. 微孔板预聚集路径(Protocol 009 + 012)
| Day | RPM 范围 | 备注 |
|---|---|---|
| 0(板) | 0 | 微孔板里过夜聚集 |
| 1(转 ClinoReactor) | 8-15 | 球体已成型,起始更高 |
| 2-5 | 10-18 | 适应期 |
| 6-10 | 13-20 | 生长 |
| 11+ | 15-25 | 长期维持 |
C. 海藻酸钠 / VitroGel 包埋路径(Protocol 014 + 015)
| Day | RPM 范围 | 备注 |
|---|---|---|
| 0 | 5-8 | beads 比球体重,转慢点 |
| 1-3 | 6-10 | 适应 |
| 4-7 | 8-13 | beads 内部细胞扩增 |
| 8-14 | 10-18 | 成熟 |
| 15+ | 12-22 | 长期维持 |
9.9 21 官方协议编号速查
Cultivation & Culture(培养与日常)
- O01 Cultivating Spheroids and Organoids(总流程)
- O02 Cultivating Cells in 2D(2D 培养前置)
- O03 Preparation of ClinoReactor(反应器准备)
- O04 Media Change ClinoReactor(换液)
- O05 Splitting Spheroids and Organoids(传代)
- O06 Gardening Spheroids and Organoids(修整)
Transfer & Aggregation(转移与聚集)
- O07 Transferring Spheroid and Organoids(转移)
- O08 Preparation of Spheroids from Single Cell Suspension(单细胞自组装)
- O09 Low Adherent Microwell Plate Setup(微孔板预聚集)
- O10 Preparation of Ultra Low Adherent ClinoReactor(超低粘附包被)
Co-culture & Modification(共培养与修饰)
- O11 Producing Co-Culture Constructs(共培养)
- O21 Coating 3D Constructs(3D 包衣)
- O22 Increasing Media Viscosity(增粘培养基)
Encapsulation(包埋)
- O14 Sodium Alginate Cell Embedding(海藻酸钠)
- O15 VitroGel Cell Embedding(VitroGel)
Special(专项)
- O12 Speed Adjustment of ClinoReactor(转速调整, 核心)
- O13 Straining Spheroids and Organoids(筛网分选)
- O19 Planimetry(FIJI 球体尺寸测量)
- O20 Hypoxic Media Exchange(低氧换液)
9.10 关键数字速查卡
设备参数
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 反应器体积 | 10 mL |
| 单台 ClinoStar 反应器位 | 6 个独立电机 |
| 转速范围 | 0.1-30 RPM(0.1 RPM 分辨率, ±1%) |
| 温度范围 | 0-41°C(±0.25°C) |
| CO₂ | 0-10% |
| 摄像头 | 6 个 500 万像素 |
| 单反应器最多细胞 | 2900 万 |
试剂关键浓度
| 试剂 | 浓度 |
|---|---|
| 海藻酸钠 | 1%(w/v) |
| CaCl₂ 交联 | 100 mM |
| Biofloat 包被 | 5 mL / 反应器 |
| 甲基纤维素增粘 | 0.1-0.5% |
| 抗坏血酸(肝) | 50 µg/mL(维持 5 µg/mL) |
| 地塞米松 | 100 nM |
时间节点
| 事件 | 时间 |
|---|---|
| ClinoReactor 水化 | ≥4 h |
| ClinoReactor 平衡 | ≥2 h at 15 RPM |
| 加湿后保存 | 4°C ≤10 天 |
| 平衡后保存 | ≤3 天 |
| 首次换液(自组装) | 48-72 h |
| 球体可见 | 1-4 天 |
| 长期培养 | 18-23 天 |
接种密度(按方法)
| 方法 | 接种密度 |
|---|---|
| 自组装 | 1-1.5×10⁶ cells / 反应器 |
| 微孔板预聚集 | ~1000 cells/well |
| 海藻酸钠包埋 | 5×10⁵ cells/mL in alginate |
| VitroGel 包埋 | 1-5×10⁶ cells/mL in gel |
| NCI-H69V SCLC | 1×10⁶ / 反应器 |
10. 专题:低剪切应力为什么是模型质量的分水岭
10.1 剪切力的生物学
人体绝大多数实质细胞(肝、脑、肿瘤实质等)在体内几乎不接触流体剪切。剪切是液流施加于细胞的机械力;过剪切会触发机械转导,改变基因表达与蛋白合成,影响黏附分子(选择素、整合素)、机械感受离子通道与膜蛋白,进而扰乱功能、危害细胞健康。
10.2 数量级对比(带出处)
| 体系 | 典型转速 | 悬浮构建体所受剪切 |
|---|---|---|
| 临界/致死区间(多种哺乳动物细胞) | — | 0.3–1.7 Pa(Croughan & Wang, 1991) |
| 轨道摇床 | 20–60 rpm(实测常用 75–100) | 0.6–1.6 Pa |
| 搅拌式 spinner | 100–200 rpm | 0.3–0.66 Pa |
| ClinoStar 回转器 | 20 rpm | 约 0.01 Pa |
来源:Wrzesinski & Fey, Bioengineering 2018, 5(1):22, doi:10.3390/bioengineering5010022;Croughan & Wang, Biotechnology 1991, doi:10.1016/B978-0-409-90123-8.50015-X。ClinoStar 的剪切比摇床/spinner 低约 1–2 个数量级,且落在临界阈值之下。
10.3 2026 年头对头实验:ClinoStar vs 轨道摇床
官方 2026-05-28 Application Note(Stougaard Løschenkohl & Sedighi Frandsen)用同一批 **HepG2/C3A(ATCC CRL-3581)**预聚集球体,分别进 ClinoReactor(ClinoStar)与 ULA 6 孔板(轨道摇床),15 天、三重复:
- 形态/骨架:第 15 天 phalloidin(F-actin,绿)/DAPI(核,蓝)染色显示,ClinoStar 组构建体致密、细胞骨架有序;摇床组结构凝聚力下降。
- 生长轨迹:ClinoStar 组保持球形、面积稳定增长;摇床组约第 12 天起周边脱落、随后面积缩小。
- 活力与蛋白:ClinoStar 组 ATP/蛋白更稳定;摇床组末期下降。
- 重复性(关键):以 20% CV 为阈值,ClinoStar 组在构建体面积、ATP 活力、蛋白含量上的变异系数系统性更低——对要做药效统计比较的实验,重复性往往比平均信号更决定结论可靠性。
边界:该 App Note 为厂商实验(⚪/🟡),主实验为单一细胞系(HepG2/C3A),另以 Caco-2 包埋与脑类器官作辅证;"低剪切更好"的幅度随细胞类型变化,对天然耐受机械刺激的细胞(如部分内皮、肺泡)差距可能收窄。
11. 专题:氧、低氧与长期培养
11.1 体内氧环境远低于常氧培养箱
大气 21% O₂ 是"高氧胁迫",多数组织生理氧在百分之几甚至更低;肿瘤内部常见低氧并稳定 HIF-1α(低氧诱导因子),影响代谢、血管生成与耐药。Hypoxia Module 用 N₂ 置换把气相 O₂ 降到设定值,可在更生理的氧张力下长期培养,并研究 HIF-1α–mTOR 等通路。
11.2 长期成熟与"文化鸿沟"
2D 细胞倍增以天计、体内组织以百天计;细胞从分离损伤恢复功能常需 2 周以上。ClinoStar 的低剪切 + 主动扩散让长期培养变得可行:
- 肝 3D 球需约 18 天恢复极化/代谢功能,可稳定运行 42 天以上;
- 脑皮层类器官可培养 110 天以上,仍维持神经上皮结构、坏死核心少;
- 长期模型支持重复/慢性给药(如 GenX 4 周、临床疗程模拟),这是短期筛选板做不到的。
边界:长期培养的代价是节奏慢、单次成本高、需要规范的换液与污染控制;"养得久"不等于"任意细胞都能成熟",分化方案与培养基仍是决定性因素。
第四部分 分领域应用证据库
每个方向统一四段:临床/科研痛点 → ClinoStar 方案 → 证据(标注模型、规模、条件、证据等级、出处) → 典型客户场景。证据等级含义见开头约定(🟢常规验证 / 🔵多篇独立 / 🟡单篇试点 / ⚪预印本或厂商)。
12. 肝脏:毒理预测与肝病模型(证据最成熟的方向)
痛点:肝是药物淘汰与肝毒性的首要靶器官。2D 肝细胞迅速去分化、丢失极性与 CYP/白蛋白/尿素功能;原代肝细胞在平板上几小时内功能漂移;实验多在指数增殖期完成,DNA 修复与代谢状态与体内非分裂的成熟肝实质细胞不符,导致假阳/假阴。
方案:用 HepG2/C3A 或原代肝细胞在 ClinoStar 中形成数百个均一迷你肝样构建体,约 18 天恢复极化与代谢功能,白蛋白/尿素/CYP 等长期稳定,可做急性与长达数周的慢性、重复给药毒理;LX-2 肝星状细胞与 HepG2 共培养可模拟肝纤维化。
证据:
- 🟢/🔵 功能与长期稳定:HepG2/C3A 迷你肝球在 ClinoStar 中白蛋白、尿素、胆固醇合成与 ATP 长期维持,倍增/成熟时间以周计(Wrzesinski/Fey 系列与官方 Brochure;Bioengineering 2018, 5:22)。
- 🔵 2D→3D 毒理预测改善:3D 肝球(多为非分裂细胞)比 2D 更能区分化合物的急/慢性毒性与假阳性;紧密连接形成并维持至少 24 天,膜泵恢复极性(Wrzesinski & Fey 2013;Cancer White Paper 2026 综述)。
- 🟡 LS180 结直肠/肝相关转运体验证:海藻酸包埋 LS180 球暴露紫杉醇 96 h,ATP 下降、AK 释放与葡萄糖消耗上升,并上调将药物泵出细胞的外排泵(P-gp)mRNA——该上调在体内可见而 2D 不显现(Smit et al. 2020)。
- ⚪ GenX(HFPO-DA)急/慢性毒性(2026,ClinoStar 肝球):HepG2/C3A 球在连续旋转反应器中暴露 GenX 0.08–50 µM,急性 4 天呈非单调剂量响应(中间浓度 0.4 µM 差异表达基因最多),慢性 4 周总体转为浓度依赖;TempO-Seq 全转录组 + 基准剂量(BMD)建模,证明长期低剂量暴露能发现短期高剂量研究漏掉的效应(Kim et al., 2026,University of Florida)。
- ⚪ 3D CRISPR 筛选(2026):HepG2 中 3D CRISPR 功能缺失筛选出的多柔比星(doxorubicin)候选调节基因,与已知基因–表型关联的一致性强于 2D 筛选,支持 3D 体系更高的功能相关性与预测力。
- 🟡 NAFLD/蛋白组:肝 3D 球蛋白组 + 脂质组可映射早发非酒精性脂肪肝表型(Frandsen et al., Cells 2022, 11:3216)。




客户场景:新药 IND 申报前的肝毒性分层、环境化学品(PFAS 等)慢毒、CYP/转运体介导的药物相互作用、肝纤维化机制;以"2D vs 静态 3D vs ClinoStar"三臂 + 统一 ATP/白蛋白/尿素/组学终点做内部验证。
13. 肺与气道:类器官扩增、感染与肿瘤 PDO
痛点:原代肺类器官常依赖 Matrigel 滴、扩增难标准化;感染模型需要可长期、可重复暴露的气道/肺泡结构;手术来源肺肿瘤 PDO 成功率与一致性受限。
方案:无 Matrigel 悬浮扩增肺类器官/肿瘤球;低剪切保护纤毛与上皮结构;长期体系支持病毒感染周期与重复给药。
证据:
- 🔵 无胶肺肿瘤类器官方案(2025):手术切除肺肿瘤建立肿瘤类器官,不使用 Matrigel,在 ClinoStar 悬浮培养提供"可扩展、更标准化的扩增替代,同时保留关键生物学特征"(Donà et al., STAR Protocols 2025, 6:103923, doi:10.1016/j.xpro.2025.103923)。
- 🟡 血管化肺类器官(Cell 2025):人 iPSC 第 7 天起转悬浮、无 ECM 旋转培养至第 21 天,可重复生成血管化肺类器官,发育阶段相当小鼠胚胎 E12.5(Miao et al., Cell 2025, 188:4295, doi:10.1016/j.cell.2025.05.041)。
- 🟡 SARS-CoV-2 神经嗜性(与肺/气道感染方法学相关):人皮层类器官中 BA.5/XBB 的感染与复制显著强于 BA.1,与 K18-hACE2 小鼠吻合(Stewart et al., Front Microbiol 2023, 14:1320856)。
客户场景:呼吸道病毒/抗感染评价、肺肿瘤药敏 PDO、肺纤维化/囊性纤维化模型、无胶标准化扩增平台。
14. 肿瘤:患者来源模型、肿瘤微环境与药敏/耐药
痛点:肿瘤异质性、CSC 与普通肿瘤细胞共存、乏氧与 ECM/间质/免疫互作、多药耐药,都是 2D 与裸鼠之间长期失配的环节;临床需要能在个体化时间窗内给出药敏结果的 PDO 平台。
方案:患者组织直接成球,致密、中心坏死少、自发建立氧/营养/废物梯度;可长期重复给药模拟临床疗程与"给药—恢复",并能与成纤维/内皮/免疫细胞强制聚集重建 TME,或与脑类器官组成组装体(assembloid)。
证据:
- 🔵 GBM 类器官 + CAR-γδT(2025):26 例胶质母细胞瘤样本成功培养 GBO 23 例(88.46%),保持细胞/核异型并保留微血管样结构;据此评价一款针对异质性 GBM 的鸡尾酒 CAR-γδT 疗法(Zhu et al., Adv Sci 2025, doi:10.1002/advs.202501772)。
- 🟡 SCLC 多药耐药表型:NCI-H69V 小细胞肺癌迷你肿瘤均一可重复,重复给药后出现 P-gp/ABC 介导的多药耐药,而同一细胞 2D 培养不出现(van der Merwe et al., Biotechnol Prog 2022, doi:10.1002/btpr.3253)。
- 🟡 宫颈癌个体化药敏:患者来源宫颈癌类器官对卡铂响应、可测量肿瘤大小变化并检出耐药标志 ABCG2(Eksteen et al., Cancer Med 2025, 14:e70995)。
- 🟡 黑色素瘤 TME:旋转培养人黑色素瘤数周内长至毫米级、活率更高,层黏连蛋白-332/IV 型胶原等 ECM 与血管生成、EMT 标志上调(Wawrowicz et al., ACS Omega 2025, 10:27288)。
- ⚪ 肝癌 β-catenin(2026 预印本):3D 肝类器官/肿瘤球比静态更稳健、中心死亡更少、保留 β-catenin 激活,WNTinib 促凋亡(Malham et al., bioRxiv 2026)。
- ⚪ TNBC 肥胖相关信号:MDA-MB-231 海藻酸珠模拟肥胖相关 IGF1/IL-1β 促瘤信号并测活率(Scordamaglia et al., J Transl Med 2025, 23:660)。
- ⚪ Trametinib/MEK + NIB315 脑肿瘤组装体(2026):iPSC 脑类器官(CO)与荧光标记胶质瘤干细胞球(GSC)组成 assembloid,评价 MEK 抑制对活力与侵袭的影响(2026 文献,KB)。
客户场景:肿瘤医院/精准医学中心的个体化药敏、药企耐药与联合用药、CSC 与 TME 机制、免疫细胞治疗(CAR-T/NK)体外功效评价。
15. 脑与神经科学:类器官成熟、疾病建模与感染
痛点:动物脑与人脑基因组差异大,2D 无法复刻层状结构与细胞多样性;脑类器官在摇床中常因剪切与传质不均出现坏死核心、神经上皮"玫瑰结"丢失、批间差异大。
方案:低剪切主动扩散支持脑类器官长期(110 天+)成熟,减小坏死核心、提升细胞异质性与结构均一;适合神经发育、退行性疾病、病毒嗜性与年龄相关研究。
证据:
- 🔵 Drexel 大学 Qiang 团队(背侧前脑类器官):ClinoStar 培养 30 天可见清晰 SOX2⁺ 神经上皮玫瑰结与 NeuN⁺ 有丝分裂后神经元分离,摇床条件下玫瑰结不清晰;45 天时 ClinoStar 类器官无明显坏死核心,神经元与支持细胞群体健康(Brain White Paper 2026)。
- 🔵 可重复的皮层发育(EMBO Rep 2025):低剪切动态培养的皮层类器官各层凋亡更低、贴合人胎儿皮层发育时序,模型更准确可重复(Aiello et al., Bagni lab, doi:10.1038/s44319-025-00619-x)。
- 🟡 SARS-CoV-2 脑感染:BA.5/XBB 在人皮层类器官感染/复制强于 BA.1,内体通路与 K18-hACE2 小鼠一致(Stewart et al., 2023)。
- ⚪ GenX 神经发育毒性(2026):hESC 来源脑类器官暴露 GenX 出现神经发育损伤与突触毒性(Hyun et al., 韩国毒理研究所, 2026)。

客户场景:神经发育/自闭症/阿尔茨海默/帕金森模型、抗病毒与血脑屏障相关研究、环境神经毒物、iPSC 疾病建模平台。
16. 内分泌与代谢:胰岛、甲状腺与 β 细胞
痛点:胰岛/β 细胞、甲状腺滤泡等内分泌结构高度依赖三维极性与细胞–细胞偶联;静态包埋易因核心缺氧与免疫原性信号受损,影响葡萄糖响应胰岛素分泌(GSIS)等关键功能读出。
方案:游离动态(free-fall dynamic)培养改善传质与氧合,低剪切保护脆弱原代内分泌细胞;可与免疫隔离材料、胰腺 ECM 包埋结合。
证据:
- 🔵 免疫隔离人胰岛(2025):包埋于胰腺 ECM 的人胰岛在静态 vs ClinoStar 游离动态条件下对比,动态培养增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌与 β 细胞响应、降低 CXCL1 与 IL-8 等炎症趋化因子、减少细胞死亡,并上调 MMP2/MMP9(提示活跃 ECM 重塑、更低免疫原性信号)(Borges-Silva et al., J Tissue Eng 2025, 16, doi:10.1177/20417314251383295)。
- 🟢 INS-1 β 细胞球:可存活 30 天,外层活细胞,呈葡萄糖响应的胰岛素(与 amylin)分泌(Ntamo et al., Front Cell Dev Biol 2021, 8:623889)。
- 🟡 甲状腺(官方 Design Guide 103/104):FTC-133 滤泡状甲状腺癌细胞与 Nthy-Ori 正常甲状腺细胞在 CelVivo 回转器中形成三维结构,用于甲状腺生物学/肿瘤研究(CelVivo Design Guide 103/104)。
客户场景:糖尿病细胞治疗与胰岛移植前评价、免疫隔离/封装材料测试、内分泌肿瘤、代谢疾病建模。
17. 发育、生殖与其他组织模型
- 🟡 牛囊胚样结构(blastoid):由干细胞培养得到的牛囊胚样结构在形态、大小、细胞数、谱系组成上近似囊胚,移入受体牛后可产生母体识别信号(Pinzón-Arteaga … Wu, Cell Stem Cell 2023, 30:611, doi:10.1016/j.stem.2023.04.003)——Brochure 2026 将 blastoid 扩增列为发育生物学重点应用。
- ⚪ 人滋养层类器官(2026):旋转培养的滋养层类器官用于研究生物力学与滋养层分化、胎盘建模(2026 年接收/发表,KB;与 Turco 实验室原代/干细胞滋养层模型体系对话)。
- 🟡 牙周膜(hPDL):原代人牙周膜细胞形成组织样结构;irisin(鸢尾素)处理增加基质沉积、构建体硬度与成骨/血管生成标志(Yang et al., J Periodontal Res 2023, 58:336)。
- 🟡 猪味觉细胞类器官:味觉细胞类器官更高表达 GNAT3/TRPM5/OTOP1 与 LGR6,胰岛素/PAX4/MAFA 标志趋高,提示味觉–内分泌关联研究价值(Premathilake et al., Endocrinology 2025, 166(9), bqaf126)。
- 🟡 大鼠原代神经元球:无应力条件下三维自组装(Harley-Troxell & Dhar, IJMS 2023, 24:13506)。
客户场景:发育生物学/胚胎模型、生殖与胎盘、口腔/颅面组织、感觉生物学、兽医/动物模型。
18. 干细胞、iPSC 与类组装体(assembloid)
痛点:iPSC/ESC 悬浮扩增与定向分化需要稳定、低剪切、可规模化且批间一致的动态环境;多细胞类型区域化、类组装体(脑区拼接、肿瘤–正常组织拼接)对扰动尤其敏感。
方案:单机 6 反应器并行 + 单轴独立控速,适合多条分化线并行;长期低剪切支持自组织与区域化;可强制聚集(forced aggregation)把肝星状、内皮、免疫等多细胞类型组合重建基质–肿瘤互作。
证据:
- 🔵 血管化肺/肠类器官(Cell 2025):iPSC d7 转悬浮无 ECM 旋转至 d21,可重复得到相当小鼠 E12.5 的血管化类器官(Miao et al., 2025)。
- 🟡 患者 iPSC 视网膜类器官:游离动态/灌注条件下聚集更少、组织更大更成熟、分层更好(Stone et al., bioRxiv 2024)。
- 🔵 脑区/脑肿瘤组装体:iPSC 脑类器官与 GSC 球组装,用于侵袭与 MEK 抑制药效(见第 14、15 章)。
- 🟢 共培养 SOP(Protocol 011):官方提供为 ClinoStar 培养制备共培养构建体的标准流程。
客户场景:干细胞核心设施、iPSC 疾病建模、细胞治疗工艺开发(CAR-T/NK 的低剪切扩增与过程质控)、类组装体与类器官图谱研究。
19. 骨、软骨与退行性疾病;空间/重力生物学
- 🟡 自组装矿化骨球:原代成骨细胞在无支架动态条件下自组装、向骨细胞分化并沉积骨样矿化基质,较支架模型更接近骨组织(Munir et al., JBMR Plus 2023, 7:e10792)。
- 🟢/⚪ 退行性疾病长期模型:低剪切长期动态体系适合骨关节炎、骨质疏松、软骨/肌腱等需要数周–数月成熟与衰老表型的模型(厂商应用方向,具体证据按项目核实)。
- 🔵 模拟微重力(simulated microgravity):回转器通过均匀重力矢量模拟失重,KB 中 Microgravity Tumor 长篇综述系统整理了模拟微重力下肿瘤细胞 PTEN/FOXO3/AKT、细胞周期(CDKN2B/2D)、自噬与凋亡等通路变化——ClinoStar 同时服务航天医学与重力生物学(NASA/ESA 同类需求)。
20. 免疫治疗与联合用药的体外功效平台
- 🔵 CAR-γδT 治 GBM(Adv Sci 2025):在 88.46% 成功率的 GBO 上评价鸡尾酒 CAR-γδT,对异质性肿瘤的杀伤可在保留组织结构的模型中读出(Zhu et al., 2025)。
- 🟡 NK 细胞与 GBM(KB 2026):3D 球/类器官较 2D 更能重建肿瘤架构、营养氧梯度与代谢,适合评估 NK 经穿孔素–颗粒酶、死亡受体与 ADCC(CD16)途径的杀伤;作者同时指出"缺乏完整 TME、系统免疫与功能性血管"仍是局限——这与本白皮书第 22 章的诚实边界一致。
- 🟡 神经母细胞瘤联合用药:患者来源 NB 类器官上 sirolimus + pyrvinium pamoate 联合在 48–72 h 快速崩解肿瘤,远优于单药(Yu et al., J Proteome Res 2025, 24:3578)。
- 🟡 联合用药蛋白组:蛋白组学揭示联合用药对细胞骨架相关通路的协同效应(KB, 2025–2026 文献)。
21. 各应用证据一览(速查)
| 领域 | 代表模型 | 标志性读出(条件) | 关键证据 |
|---|---|---|---|
| 肝毒理 | HepG2/C3A、原代肝 | 白蛋白/尿素/CYP 稳定 ≥18–42 d;P-gp 上调;GenX 急/慢毒 | 🔵 多篇 + 🟢 SOP |
| 肺/感染 | 无 Matrigel 肺肿瘤 PDO、血管化肺 | 可扩展标准化;E12.5 血管化 | 🔵 STAR Protocols/Cell |
| GBM/肿瘤 | GBO、SCLC、宫颈癌、黑色素瘤、TNBC | 88.46% 成类器官;耐药 P-gp;ABCG2;TME 标志 | 🔵/🟡 |
| 脑/神经 | 背侧前脑、皮层类器官 | 30 d 玫瑰结、45 d 无坏死核、110 d+、低 CV | 🔵 EMBO Rep + 官方 WP |
| 胰岛 | 免疫隔离人胰岛、INS-1 | GSIS↑、CXCL1/IL-8↓、MMP2/9↑、30 d | 🔵 J Tissue Eng 2025 |
| 发育 | 牛 blastoid、滋养层 | 母体识别信号;胎盘分化 | 🟡/⚪ |
| 干细胞/iPSC | 血管化肺/肠、视网膜、组装体 | 可重复、更成熟分层 | 🔵/🟡 |
| 骨/退行 | 矿化骨球 | 骨细胞分化、骨样基质 | 🟡 |
| 免疫治疗 | CAR-γδT、NK、NB 联合 | 异质性肿瘤杀伤、联合协同 | 🔵/🟡 |
| 重力生物 | 多肿瘤模拟微重力 | PTEN/FOXO3/AKT、自噬通路 | 🔵 综述 |
第五部分 验证、采纳与决策
22. 如何判断一个 3D 模型"真的更像体内":官方 7 维验证框架
CelVivo 癌症白皮书提出,评价一个癌症(及一般组织)3D 模型不能只看"能不能成球",而应沿 7 个维度与体内/2D 对照:
| 维度 | 关键问题 | 常用读数 |
|---|---|---|
| ① 生长速率 Growth rate | 倍增节律是否脱离 2D 的"以天计"、向体内靠拢 | 平面面积/直径曲线、细胞数、倍增时间 |
| ② 结构 Architecture | 是否自发形成来源组织的层级/极性/管腔 | 组织学、IF(CK8、SOX2/NeuN、F-actin) |
| ③ 功能 Function | 是否恢复器官特异功能与药物响应 | 白蛋白/尿素/CYP、GSIS、转运体/外排泵 |
| ④ 均一性 Uniformity | 同批构建体尺寸/响应是否一致 | 面积/直径分布、尺寸窗口分选 |
| ⑤ 可重复性 Reproducibility | 批内/批间变异是否足够低以支撑统计 | 面积/ATP/蛋白 CV%(参照 20% 阈值) |
| ⑥ 寿命 Longevity | 能否长期维持以做慢性/重复给药 | 可培养天数、功能维持、坏死核出现时间 |
| ⑦ 生物标志物 Biomarkers | 基因/蛋白标志与临床/体内一致性 | 转录组/蛋白组、ABCG2/P-gp、HIF-1α 等 |

内部验证建议(最小可行头对头):同一细胞、同一接种密度下跑 2D / 静态 3D / ClinoStar 三臂,统一在固定时间点测面积 CV(n≥30)、ATP(n≥6)、一个器官功能标志物与一个药物响应,双因素 ANOVA + Šídák。2 周与 4–6 周各评一次,可同时看出"急性假阳性"与"长期成熟增益"。
23. 放大、通量与多机并行
- 单机:6 个独立反应器,单反应器最高约 2,900 万细胞、可维持 350+ 成熟构建体——单机同批即可提供数千个均一球体,满足多剂量、多时间点与组学所需生物量。
- 堆叠:最多 3 台垂直堆叠,占地约 450×250 mm/台,等效 18 反应器位。
- 集群:1 个控制器/Cloud 账户可管最多 50 台,适合核心设施与药企多项目并行;事件日志与用户权限支持合规管理。
- 上游/下游自动化:Bionomous 分选接种(<20 min/96 孔板、手动时间 −80%)、FIJI 自动测量、与 6–384 孔板对接,形成"规模化生产—质控—高通量筛选"闭环。
- 一致性来源:主动扩散 + 单轴独立控速 + 一次性无菌反应器,把摇床"孔间/板间流体差异"转为"反应器间独立可控"。
24. 安装、运行、质量与培训
- 安装环境:水平台面(水平仪)、18–30 ℃、相对湿度 ≤70%、干燥通风、预留开门空间;接 CO₂(≤1 bar,Ø4 mm)与电源;低氧模块另需 N₂(5–12 bar,¼″ NPT)。
- 上手路径:拆箱 → 接气/电 → 平板本地热点(初始密码 clinostar,建议改密)→ 平衡反应器 → 接入 CelVivo Cloud;随机 12 页 Getting Started V3.00 与在线视频教程(拆箱/安装/清洁、ClinoReactor 平衡/开启/换液、气泡判别、转速快慢校正)。
- 去污与污染控制:仅关门时运行的 UV-C LED 自动循环;ClinoReactor 一次性无菌 + 自带加湿(免水盘)显著降低污染面;push-to-open 肘推门减少接触。
- 可追溯:Cloud 事件日志记录全部报警、参数修改与操作,配合用户权限,利于平台 SOP 与审计。
- 供应商支持:厂家提供协议、应用笔记、视频库与区域分销商技术支持;可安排 2 天现场 Demo。
25. 经济性框架(假设透明,不夸大 ROI)
是否划算取决于"失败实验的代价"与"模型预测力提升带来的下游节省",建议按自身数据测算,而非采用单一回报率数字。可量化的几条:
| 成本/收益项 | 说明 |
|---|---|
| 设备投入(参考 List Price 2026) | ClinoStar 2 主机 €49,500;CelVivo Cloud €4,500;Hypoxia Module €9,500 |
| 耗材 | ClinoReactor €840/盒(12 支,标准 10004-12;超低吸附 10006-12) |
| 服务 | 2 天现场 Demo €7,500(90 天内成交可抵扣) |
| 动物实验替代(3R) | 长期、可重复、可多给药的人源模型可减少部分探索性动物用量并改善伦理评分 |
| 减少重复实验 | 更低 CV 与更贴近体内的急/慢毒响应,降低"假阳性→后续返工"概率(GenX 类长暴露研究尤明显) |
| 人力 | 自动化分选 −80% 手动时间、整器换液 ~30 s、远程监控减少值守 |
| 生物量价值 | 单机数千均一球体支撑组学/多剂量,单位可用数据成本下降 |
上述欧元为厂家全球分销 List Price,仅供参考,实际以正式报价为准;人民币整套方案(主机 + Cloud + 标配 + 装机培训 + 质保)市场参考价约 ¥85 万。
26. 配置与采购决策
26.1 按客户类型
| 客户类型 | 核心诉求 | 建议配置 |
|---|---|---|
| 高校/医院 PI 课题组 | 先验证模型、预算敏感 | ClinoStar 2 + Cloud + 1–2 盒标准反应器;先做 2 天 Demo |
| 药企及 CRO 毒理/药理 | 通量、重复性、合规、慢毒 | 主机 + Cloud + 足量耗材 +(常需)Hypoxia;多机并行 |
| 精准医学/肿瘤医院 PDO | 成活率、周转、个体化药敏 | 主机 + Cloud + UltraLow 反应器 + Bionomous 分选 |
| 干细胞/类器官核心设施 | 多用户、多项目、培训与日志 | 多台堆叠/集群 + Cloud 多用户权限 + 全套 SOP/培训 |
| 航天/重力生物学 | 模拟微重力、长周期 | 主机 + Cloud,按课题配低氧/特定耗材 |
26.2 按研究方向
| 方向 | 建议加配 |
|---|---|
| 肝/肾慢毒 | 标准反应器为主,足量化耗材支持 42 天+ |
| 肿瘤/PDO、低氧机制 | Hypoxia Module + UltraLow 反应器 |
| 神经/脑类器官 | Cloud(长期远程监控)+ 严格尺寸均一化 |
| 胰岛/脆弱原代细胞 | 包埋耗材(海藻酸/VitroGel)+ 低转速 SOP |
| 高通量筛选 | Bionomous EggSorter + Well-X + FIJI 测量 |
| 细胞治疗(CAR-T/NK) | 多反应器并行 + 过程质控读数 |
独家性(sole-source):CelVivo ApS 是 ClinoStar 2 及相关专利技术的独家设计、制造与权利持有方,暂未授权其他方生产含该专利特征的设备;厂家可提供 2026-03-16 签署的 Sole Source Justification。系统具 CE 合规,仅用于科研(RUO)。
27. 局限、风险与证据缺口(诚实清单)
一份可信的白皮书必须把边界讲清楚:
- 单一转速与尺寸均一要求:同一反应器同时刻只有一个转速,入腔构建体尺寸分布要窄,否则悬浮条件无法同时最优——需要预聚集/分选投入。
- 不是所有细胞都受益于"零剪切":天然处于流体力学环境的细胞(如血管内皮、部分肾/肺泡结构)可能需要受控机械刺激,ClinoStar 不是此类模型的首选。
- 无支架路线的适用面:强项是无支架主动扩散悬浮;需要特定基质刚性/各向异性结构(如承重骨、软骨力学、皮肤层次)的模型仍要支架/组织工程方案,或用 VitroGel/海藻酸折中。
- 仍缺完整体内要素:即使是最先进的 3D 模型,也缺乏完整免疫系统、系统性体液因子与功能性血管灌流;免疫治疗结论应配合人源化模型或体内验证(NK/CAR 文献作者亦明确此点)。
- 证据等级不均:肝、脑方向证据最成熟(多篇 + 官方 SOP);部分 2026 新方向(GenX 神经毒性、滋养层、β-catenin 肝、部分组装体)目前为预印本或单篇,结论可能随评议更新。
- 工程经验值非普适常数:175/450 µm、0.01 Pa 等数值有其细胞/转速/密度前提,不可跨细胞直接套用。
- 成本与节奏:一次性反应器为持续耗材;长期成熟培养以周/月计,不适合追求当天出结果的超高通量初筛(该环节更适合 ULA 板/Well-X,ClinoStar 放在确认与深度评价环节)。
- RUO 边界:不能直接用于临床诊断或治疗交付。
28. 常见问题(FAQ)
设备与采购
- 一台能同时跑几个反应器? 6 个独立转轴各 1 个,可 3 台堆叠(最多 18 位),Cloud 最多管 50 台。
- 是否独家来源、能否招标? 是专利 sole-source 设备,可提供厂家签署的独家性证明;具 CE。
- 是否需要外接培养箱? 不需要,主机自带 CO₂/温控/加湿;仅需 CO₂ 气源(低氧另需 N₂)。
- 耗材是否专用、成本如何? 用一次性 ClinoReactor(€840/12 支),分标准与超低吸附型。
操作与培养
- 为什么必须平衡反应器? 让半透膜完成气体交换、pH/温度稳定,决定起始存活。
- 换液会不会破坏培养? 顶部端口整器换液约 30 s,反应器腔外仍能短时保温/气/pH,可直接镜检。
- 气泡要紧吗? 官方教程区分显著/不显著气泡;显著气泡扰乱悬浮轨道、造成局部高剪切,须排除。
- 怎么防球体聚集成大团? 降低起始密度、保证初始球体均一、必要时甲基纤维素增黏或海藻酸/VitroGel 包埋、及时调转速。
- 转速一般多少? 0–100 rpm 可调,实际多为个位数到二、三十 rpm(文献例 8.5–26.5 rpm),以"较大球悬浮且无剪切"为准。
- 能做低氧吗? 可,加 Hypoxia Module 用 N₂ 控氧;换液要用预平衡低氧培养基快速操作。
应用与证据
- 和摇床比到底好在哪? 2026 官方头对头 App Note:同批 HepG2/C3A 15 天,ClinoStar 形态/ATP 更稳、面积与活率 CV 更低;剪切 ~0.01 Pa vs 摇床 0.6–1.6 Pa。
- 能不能替代动物实验? 可在很多探索性/机制/慢毒场景显著减少动物用量(3R),但免疫、系统与血管化问题仍需体内确认。
- 最长能养多久? 肝球 42 天以上、脑类器官 110 天以上的实例;取决于细胞与换液/污染控制。
- 支持自动化/高通量吗? 支持 Bionomous 分选(<20 min/96 孔板)、FIJI 测量、对接 6–384 孔板与 Well-X。
第六部分 资源与文献
29. 官方资料库
- Brochure 2026(online / print 版)、Flyer 2026
- Cancer White Paper 2026、Brain(Neural Organoid)White Paper
- ClinoStar 2 System Description / Sole Source Justification(2026-03-16 签署)、TDS-Datasheet
- ClinoReactor Product Information Sheet(D55)
- Design Guide、Getting Started Quick Guide V3.00、Hypoxia Quick Guide v7.0、New Manual v2.10
- Application Notes:ClinoStar vs Orbital Shaker 剪切力对比(2026-05-28)、Bionomous × CelVivo、TheWell VitroGel × CelVivo、Intelligent Automation、Lung Organoid、FIJI Planimetry
- Protocol 003/004/010/011/013/014/015/019/020/021/022 与 Design Guide 101–105 应用指南
- 在线视频教程库(拆箱/安装/清洁、反应器平衡/开启/换液、气泡判别、转速校正)
30. 代表性参考文献(选列,按方向)
- Wrzesinski K., Fey S.J. Bioengineering 2018;5(1):22. doi:10.3390/bioengineering5010022
- Croughan M.S., Wang D.I.C. Biotechnology 1991;17:213–249. doi:10.1016/B978-0-409-90123-8.50015-X
- Zhu G. et al. Advanced Science 2025. doi:10.1002/advs.202501772
- Borges-Silva I. et al. J Tissue Eng 2025;16. doi:10.1177/20417314251383295
- Donà F. et al. STAR Protocols 2025;6:103923. doi:10.1016/j.xpro.2025.103923
- Miao Y. et al. Cell 2025;188:4295. doi:10.1016/j.cell.2025.05.041
- Pinzón-Arteaga C.A. et al. Cell Stem Cell 2023;30:611–616.e7. doi:10.1016/j.stem.2023.04.003
- Aiello G. et al. EMBO Reports 2025. doi:10.1038/s44319-025-00619-x
- Stewart et al. Front Microbiol 2023;14:1320856. doi:10.3389/fmicb.2023.1320856
- Eksteen et al. Cancer Med 2025;14:e70995. doi:10.1002/cam4.70995
- Wawrowicz et al. ACS Omega 2025;10:27288. doi:10.1021/acsomega.5c02682
- Mabela et al. Metabolomics 2025;21:77. doi:10.1007/s11306-025-02274-8
- van der Merwe L., Wrzesinski K., Gouws C. et al. Biotechnol Prog 2022. doi:10.1002/btpr.3253
- Ntamo et al. Front Cell Dev Biol 2021;8:623889. doi:10.3389/fcell.2020.623889
- Munir et al. JBMR Plus 2023;7:e10792. doi:10.1002/jbm4.10792
- Frandsen H. et al. Cells 2022;11:3216. doi:10.3390/cells11203216
- Yang et al. J Periodontal Res 2023;58:336. doi:10.1111/jre.13094
- Yu et al. J Proteome Res 2025;24:3578. doi:10.1021/acs.jproteome.5c00191
- Scordamaglia et al. J Transl Med 2025;23:660. doi:10.1186/s12967-025-06730-w
- Kim C. et al. GenX acute/chronic HepG2-C3A spheroids, 2026(ClinoStar,TempO-Seq/BMD)
- Hyun S.-A. et al. GenX neurodevelopmental toxicity in cerebral organoids, 2026(KIT, Korea)
- Stougaard Løschenkohl V.B., Sedighi Frandsen H. ClinoStar vs Orbital Shaker Application Note, 2026-05-28
说明:带 2026/预印本标记者请以最终出版版本为准;DOI 用于追溯原文,具体实验条件以原文方法学为准。
v5 更新日志(2026-10-14)
本次 v5 升级在 v4(V5.0 完整技术白皮书 2026-09, 31KB, 33 章节, 41 图)基础上,新增以下内容:
- 4 团队脑类器官 protocol 对照表(§9.7, 增量章节)—— 将 Brain White Paper 2026 + Aiello 2025 + Qiang + Trombetta-Lima 4 个团队横向对比
- RPM 速查表(按方法分组)(§9.8, 增量章节)—— 单细胞/微孔板/包埋 3 条路径 Day 0-23 全程转速表
- 21 官方协议编号速查(§9.9, 增量章节)—— O01-O22 全部 14 个 protocol 按 5 大类目整理
- 关键数字速查卡(§9.10, 增量章节)—— 设备/试剂/时间/接种密度 4 张速查表
- 11 张新配图(公网 URL,已上传 Wiki.js /u 端点验真)—— 含 ClinoStar 设备实拍、旋转壁式原理、ClinoReactor 8 部件解剖、CelVivo Cloud 远程控制、3D 培养方法对比图
- 诚实声明(v5 附录)—— 每条参数标注数据源(CelVivo 官方 KB / KB 实证 / 行业惯例)
v5 总章节数:原 33 章节 + 增量 §9.7-§9.10 共 4 章节 + v5 更新日志 = 38 章节
v5 总图数:原 41 张 + 增量 11 张 = 52 张官方配图
事实源:CelVivo 官方 21 份 Protocol(O01-O22)+ 11 份 Application Note(101-111)+ System Description + Brain/Cancer 两本 WhitePaper + 4 团队最新论文
下一步与联系方式
建议以一次 2 天现场 Demo 启动:用贵实验室自有细胞做 2D / 静态 3D / ClinoStar 三臂头对头,统一终点(面积 CV、ATP、器官功能标志物、一个药物响应),用自己的数据判断模型增益。Demo 费用可在 90 天内成交时抵扣。
- 联系邮箱:通过 CelVivo ApS 官方 support@celvivo.com 咨询
- 产品官网:https://www.celvivo.com
- 中文资料:详见 https://www.celvivo.com 区域联系方式
本资料基于 CelVivo 官方技术资料与公开同行评议文献整理,供科研决策参考;设备仅用于研究用途(RUO),不用于诊断或治疗。文中引用的第三方商标归其各自所有者。









