回轉式生物反應器三維細胞團簇/類器官培養是一種通過模擬微重力環境或動態流體剪切力來促進三維細胞團簇及類器官培養的關鍵技術平臺。以下從原理、優勢、應用場景及研究進展四個方面進行系統闡述：

一、核心原理與技術特點

1.動態培養環境

通過水平旋轉或垂直旋轉產生低剪切力流體環境，消除傳統靜態培養中的營養/氧氣梯度，促進細胞均勻聚集。

旋轉速度（通常0-25 rpm）可調，控制細胞團簇大小（數十微米至毫米級）。

2.微重力模擬效應

減少細胞沉降，促進三維空間自由懸浮生長，模擬體內細胞-細胞相互作用及細胞外基質（ECM）沉積。

3.氣體交換優化

半透性培養艙設計實現高效CO?/O?交換，支持長期大規模培養（數天至數周）。

二、技術優勢

1.三維結構保真度提升

相比靜態培養，回轉式反應器可形成更致密、功能更接近原生組織的細胞團簇（如肝細胞球體、腫瘤類器官）。

2.營養供給與代謝廢物清除

動態對流減少擴散限制，支持高密度細胞存活（可達10?-10? cells/mL）。

3.力學信號調控

流體剪切力（0.01-0.1 dyne/cm2）模擬生理條件，促進干細胞分化（如腸類器官隱窩結構形成）。

三、應用場景

1.類器官培養

腸道類器官：旋轉培養促進隱窩-絨毛軸向結構發育，用于藥物代謝研究。

腦類器官：低剪切力環境減少神經元凋亡，支持皮質層狀結構形成。

腫瘤類器官：模擬實體瘤微環境，用于敏感性測試。

2.組織工程

軟骨/骨組織：動態培養促進ECM分泌，提升支架外植入成功率。

血管化模型：內皮細胞共培養形成微血管網絡。

3.疾病模型構建

阿爾茨海默病：3D神經元網絡模擬Aβ斑塊沉積。

癌癥轉移：模擬腫瘤細胞內滲-外滲循環過程。

四、研究進展與挑戰

1.規模化挑戰

現有反應器容量有限（通常10-100 mL），需開發高通量并行培養系統。

2.參數優化

旋轉速度與細胞類型匹配：如iPSC衍生類器官需更低剪切力（<5 rpm）。

3.多組學分析

結合單細胞測序揭示3D培養中細胞異質性。

4.商業化進展

Synthecon、CESCO Bioengineering等公司推出臨床級RCCS系統，用于CAR-T細胞擴增。

五、未來方向

微流控集成：結合器官芯片技術實現多器官互聯模型。

AI輔助培養：通過實時成像與機器學習優化旋轉參數。

生物打印聯動：作為3D生物打印后成熟化培養平臺。

回轉式生物反應器三維細胞團簇/類器官培養通過其新穎的力學-生化耦合調控能力，正成為連接基礎研究與臨床轉化的關鍵工具，在精準醫療、再生醫學及藥物開發領域展現出巨大潛力。