生物谷专访诺禾致源|搭建类器官自动化培养及高通量药物筛选系统，推进全流程智能化作业！
来源：生物谷原创 2023-05-26 09:50
自动化技术在类器官的应用中发挥着重要的作用，可以加速实验过程、提高实验精度和效率，从而帮助科学家更好地理解人体器官的功能和疾病机制，推动医学研究和治疗的进展。
近年来，类器官技术的出现为生物医学研究和药物研发提供了具有变革意义的发展，随着类器官研究的不断发展，研究人员对于筛选通量、标准化、自动化的需求也不断提升，而传统的人工实验操作已无法满足日益增长的培养建库和高通量药物筛选需求，且存在培养结果一致性差、生物安全风险等问题。诺禾致源目前已经发布类器官培养及高通量药物筛选自动化系统，以实验精准度、标准化、高通量、高合规度、高安全性为导向，精准赋能类器官科学研究、药物开发、精准医学及再生医学。
在“2023（第三届） 3D细胞培养与类器官研讨会”召开期间，生物谷有幸对诺禾致源CIO兼智能产线事业部副总经理张红伟进行了专访。
张红伟经理拥有多年生命科学行业数字化、信息化、自动化、智能化的咨询落地经验；拥有丰富的实践经验，擅长将高精尖技术与核心业务完美结合；在全球业务顶层设计规划、数字化转型落地、智能产线全球应用、人工智能场景应用、数字化安全体系等有突出业绩。
生物谷：首先请张总跟大家简单介绍一下诺禾致源的主营业务，以及您在诺禾致源的一些工作内容。
答：诺禾致源于2011年成立，是一家科创板上市的生命科学行业公司，专注于开拓前沿分子生物学技术和高性能计算在生命科学研究和人类健康领域的应用，致力于成为全球领先的基因科技产品和服务提供者。总部位于北京，在天津、广州、上海、美国、英国、新加坡设有实验室或实验基地，并在中国香港、美国、英国、新加坡、荷兰和日本设有子公司。公司的业务覆盖了6大洲约80多个国家，拥有2000多名员工，服务近6500家客户。
我主要在公司负责信息化和自动化的建设。对内，公司搭建了全球一体化、信息化经营管理平台，以及高通量测序（NGS）领域多产品并行的柔性智能交付平台Falcon，并相继向全球部署了11条自动化产线。另外公司还实现了多组学自动化产线的搭建和落地使用。对外，实现了类器官培养和药筛自动化产线的的开发和推广等工作。
生物谷：我们了解到诺禾致源已经推出了类器官自动化平台，那么类器官培养和药物筛选的工作流程是如何实现自动化的，这种自动化的平台有何优势？
答：实现类器官培养和药物筛选的自动化流程需要整合多种技术和工具，我们的类器官自动化平台包括8大模块，自动化类器官培养模块、类器官铺板接种模块、细胞成像和计数模块、高通量药敏模块。通过中控软件智能统筹，可根据客户通量进行灵活配置和布局，做到数据追踪、实时监控。我们的类器官自动化产线优势有四点：
1、提高培养和药筛效率：自动化流程可以实现高通量处理，可以同时处理多个样本，大大提高了工作效率。类器官培养每日能实现300板同时培养，单日筛选通量达5000份药物以上。
2、提高稳定的可重复性：自动化流程可以避免人为操作错误和实验扰动，确保试剂和样品的准确性和一致性。
3、降低人力成本：自动化流程可以减少对实验人员的需求，从而减少了人力成本。
4、助力产业化推广：自动化流程可以实现规模化的药物筛选和类器官模型开发，为相关疾病的治疗和新药研发提供更加可靠和有效的策略。
生物谷：诺禾致源推出的类器官自动化平台是比较新的领域，但目前还有一些人对类器官或类器官培养系统等词汇处于一知半解，可以请您简单的介绍一下吗？
答：类器官（Organoid）书面解释比较多，我个人理解，类器官是在实验室中利用成体组织培养出的一种微型器官，它能够模拟肺、肝或脑等人体器官的复杂结构和功能。类器官培养系统是指一种基于生物工程技术的体外培养系统，用于类器官的培养、维持和研究。诺禾致源搭建的类器官自动化系统，主要在类器官培养及药物筛选两个阶段做的产品。
生物谷：诺禾致源搭建的类器官自动化系统能够应用哪些类器官样本呢？
答：在我们的类器官培养和药物筛选系统共计支持超30种正常、肿瘤类器官培养。肿瘤样本包括肠癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、宫颈癌等，正常组织样本包括肝、小肠、结直肠组织等。
生物谷：很多客户非常关心手工类器官实验流程如何实现自动化应用？以及诺禾致源能否定制软件，并将该流程可视化。
答：可以。我们的软件不仅可以将流程可视化，还可以将工艺流程进行图形化模拟，并将流程中的节段动作进行动态排程，这样可模拟整个实验的过程和准确性。
自动化流程落地，除了有优秀灵活的软件，还应该将手工实验流程进行自动化流程转换，或叫做改革。我认为将自动化工艺落地主要通过以下三点才能完成。
第一、 要将手工实验工艺进行自动化工艺转换，基于实验室目标进行工艺改革，既要满足实验结果要求，又能通过软硬件落地，这样才能实现工艺转化。
第二、自动化的工艺会经常调整，这样对软件的灵活性和可简单操控性提出更高要求，我们的软件是基于工艺、硬件驱动来进行模拟和应用，可随时随地的调整，而且这个调整实验员可以操作完成，这样就可以保证整个实验过程的稳定和准确的调整，从而保证实验的稳定可靠。
另外软件中还要与下单系统和硬件驱动对接，这样就能够实现上下游的整个串通，有利于准确高效完成实验过程中的复杂判断，这也是我们软件的比较优秀的能力，这样就可以降低人员干预，确保重复实验的精准性。
第三、要将自动化工艺落地，除了软件之外，还要考虑硬件的稳定性，以及人员、环境、物料的整体协同和准确应用，只有这样才能保证实验的稳定成功运行。
以上三点做到后才能确保实验室稳定交付运行。
生物谷：诺禾致源实验室自动化服务涵盖哪些方面？
答：我们为客户提供一体化的实验室自动化解决方案，主要包括以下几个方面：
1、实验室信息化规划和落地：通过实验室信息化系统顶层设计，实现实验过程端到端业务拉通。比如，从订单到实验工单，从实验工单到实验过程自动化的整体的规划和设计，我们会提供一整套的完整解决方案。
2、实验室自动化一体化方案：这个落地就是基于我们的规划，通软件将实验工艺和自动化设备集成，实现实验流程的自动化运行。
3、实验过程智能化应用：利用人工智能算法技术，优化实验室的数据处理和判断管理，提高实验准确性和降低人员参与工作量。一方面我们可以降低人员的投入，另一方面能提升我们整个实验数据的质量和通量，从而达到了降本增效的目的。
总的来说，我们实验室自动化服务目的是通过信息化、自动化和智能化的手段，提高实验室的工作效率和精度，降低实验成本和风险，为科学研究和工业生产提供更加可靠和精确的一体化服务。
生物谷：目前类器官的研究比较火热的，同时也面临很多问题，比如不同批次类器官的样本之间存在差异性、建模过程的复杂耗时费力等。您觉得目前类器官的研究存在哪些突出问题？诺禾致源搭建的类器官自动化平台如何避免这些问题？
答：在对于类器官手工培养过程，我认为存在以下几个问题：
1、手工培养的成功率比较低。
2、培养后结果的稳定性和可重复性比较差。
3、此外,手工培养的过程中，人工培养的通量比较低，且成本比较高。比如我们培养一个类器官，它的成功率和结果可重复性是因人而异的，因为受到人员的经验，还有培养条件以及细胞的来源的限制等，诸多因素都会影响培养的质量和成功率，从而很难实现这种标准化和批量化。
类器官的制备通常是一项耗时和昂贵的过程。
基于以上问题，我们的搭建的类器官自动化平台从以下三方面来解决：
1、提高成功率：类器官培养需要精确控制细胞的分布和培养环境的参数，手工操作难以保证精度，而自动化系统可以通过精确的控制和监测系统，提高培养的成功率；如手工操作的成功率很大程度上依赖操作者的经验，而自动化技术使无经验的操作者也能培养出类器官。
2、提高稳定性：手工操作存在操作者之间的差异，造成结果的不稳定性和不可重复性。而自动化系统可以通过程序化的操作流程和严格的质量控制，确保制备结果的稳定性和重复性；如不同的实验平台和实验环境会明显影响类器官培养的稳定性。而自动化系统提供了背景一致的仪器参数和环境参数，即使在不同的实验平台，也能保证制备结果的稳定性。
3、提高类器官培养和药筛的通量：高效性手工操作耗时费力，而自动化系统可以通过自动化的过程控制和高效的操作流程，提高生产效率和制备能力； 如我们的自动化培养平台可以同时支持300块培养板的培养并支持扩容，而手工操作最多同时操作2块培养板。
生物谷：接下来要请教一下张总，您觉得类器官自动化将如何助力新药的研发？
答：我们重点关注在临床前的研究阶段，需要对候选分子进行活性筛选，一般这种实验是通过小鼠或其他动物操作的。类器官出现以后，可以替代这类动物实验，并且类器官能更好地模拟人体组织，从而提高药物开发的精度和效率。
类器官的培养是一个复杂、耗时和昂贵的过程，自动化能够使复杂的流程规范化和标准化，降低了类器官培养的技术壁垒。
类器官自动化助力新药研发方面我认为有三个优势。
1、提高药物筛选的稳定性和质量
类器官作为一种研究模型，自动化培养技术可以提高这种模型的稳定性，降低药物筛选实验过程中由于模型本身差异给实验带来的结果偏差。
2、更快速的筛选药物
类器官自动化技术可以更加快速地筛选药物，并且可以更准确地模拟人体器官的生理过程，从而更加有效地挖掘有潜力的药物。
3、增强数据的可追溯性和重复利用性
在类器官自动化实验过程中，每个样品都能够被精确地标识和记录，包括样品来源、生产批次、处理方法、实验参数等等。这些信息可以被储存在数据库中，并且可以通过数字化技术进行实时记录和更新，从而提高数据的可追溯性。
生物谷：最后再请教一个问题，张总，您觉得未来类器官的应用方向有哪些？以及自动化将如何赋能这些方向？
1. 药物开发：类器官技术可以用于评估新药的安全性和有效性，这有助于加速药物研发进程，减少研发成本和失败率。例如，可以使用肝脏类器官来测试药物的毒性和代谢途径，或者使用心脏类器官来测试药物对心血管系统的影响。
2. 再生医学：类器官可以用于开发新的治疗方法和治疗器械，从而改善临床治疗效果。例如，可以使用肝脏类器官来替代受损的肝脏功能，或者使用肺类器官来替代受损的呼吸功能。
3. 精准医疗：利用类器官技术，对患者的个体特征进行分析和模拟，可以为患者制定更加个性化的治疗方案。例如，可以使用肿瘤患者的活检组织培养类器官进行体外药敏实验，筛选精准治疗肿瘤患者的药物。
4. 生命科学研究：类器官技术可以用来研究生物学过程和机制，例如细胞分化、细胞信号传导等，帮助揭示生物学的本质和深入理解生命的奥秘。
自动化对于类器官在以上领域中的应用具有明显的促进作用，具体包括以下方面：
1. 优化类器官培养过程
类器官培养提高精度和标准化程度，否则会影响实验结果和可重复性。自动化技术可以使类器官的培养过程更加稳定和可控，例如自动化液体处理、自动化成像监测，从而提高类器官的生长效率和质量。
2. 加速药物筛选过程
传统的药物筛选需要大量的时间和资源，而自动化技术可以大大提高药物筛选的效率和速度。例如，我们将类器官自动化培养和高通量筛选相连接，自动化系统可实现单日5000份药物以上的筛选通量，可以对大量的药物进行快速测试， 筛选出具有潜力的药物。
3. 实现高精度的药效评估
自动化技术可以使药物评估的过程更加精确和可靠。例如，可以利用自动化成像技术实时监测类器官的活动和变化，从而更加准确地评估药物的疗效和毒性。
4. 提高数据分析的效率
类器官研究中产生的大量数据需要进行分析和处理，而自动化技术可以帮助实现数据分析的自动化和标准化。例如，可以利用自动化数据采集和处理系统，快速准确地提取数据，并进行多维度的统计分析，从而为类器官的研究提供更加丰富的信息。
总之，自动化技术在类器官的应用中发挥着重要的作用，可以加速实验过程、提高实验精度和效率，从而帮助科学家更好地理解人体器官的功能和疾病机制，推动医学研究和治疗的进展。
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