本文介绍了弗莱堡大学IMTEK微系统工程系与Hahn-Schickard、Nanion Technologies合作，通过MicroPick S/O平台和AtlaZ系统，实现了3D细胞聚集体（如球体）的自动化处理和无标记实时阻抗监测。这一创新技术的应用，类似于高通量筛选技术（HTS）中所描述的自动化和高通量特性，显著提升了药物筛选的通量和标准化水平。

3D细胞聚集体的重要性及传统方法局限

3D模型优势：3D细胞聚集体（如球体、类器官）通过模拟实体肿瘤或组织的复杂生理环境，允许不同细胞类型间的相互作用，从而更准确地反映营养、氧气和废物的梯度变化。这些特性使得3D细胞模型在肿瘤生物学研究和药物测试中，相较于传统的2D模型，能够提供更为可靠的临床前预测。

传统方法不足：传统药物筛选采用超低吸附板培养球体并结合终点活力测定，这限制了药物反应评估的精度与灵活性，特别是在效应动力学及分析深度方面；手动执行实验方案以及多次显微镜观察步骤，工作量繁重，难以实现对药物作用机制的时间分辨监测。

MicroPick S/O平台与AtlaZ系统的技术特点

MicroPick S/O平台：专为3D细胞聚集体自动化沉积设计，采用Pick-Flow-Drop原理，实现单个细胞聚集体从储液器的温和选择性吸取（pick）、通过微流控毛细管运输（flow）及精准沉积（drop）至目标区域；具有98.4%的 plating效率、每分钟最多21个球体的通量，以及小于25μm的 plating位置精度。

AtlaZ系统：用于细胞黏附、增殖、细胞毒性、形态和屏障功能的实时无标记分析，可同时或独立处理最多六个96孔板；采用电化学阻抗谱（EIS）技术，记录阻抗（|Z|）、电阻（R）、电容（C）和相位（φ）等参数，其中1kHz频率下的阻抗信号（Cell Signal）能有效反映细胞增殖及球体内细胞重组。

实验设计与结果

实验流程：将HT29和HCT116两种人结直肠癌细胞系的球体在超低吸附板培养、收获后，通过MicroPick S/O自动沉积到预加载基底膜基质的NSP-Z板孔中，37°C孵育30分钟使基质聚合，加入培养基后用AtlaZ持续监测数天球体行为和增殖。

监测结果： plating后最初五小时内，Cell Signal（1kHz阻抗信号）增加，对应球体通过基质沉降并黏附电极；初始上升后信号稳定或略有下降，可能反映水凝胶内细胞重组；16小时后Cell Signal再次增加，表明细胞增殖和球体生长；经30%胰蛋白酶和0.6%吐温溶液诱导细胞裂解后，Cell Signal显著下降，达到最低水平后略有回升，可能因存活细胞开始再次增殖。

HCT116 和 HT29 球体生长及杀伤的 AtlaZ 记录。A、B 分别为 HCT116 和 HT29 球体在 55 小时内的生长曲线。随着球体体积增大，尽管覆盖电极的表面积仅略有增加，但球体内呈倍增状态的细胞对电阻特性的影响却大得多。C、D 分别为在施加 30% 胰蛋白酶和 0.6% 吐温时 HCT116 和 HT29 球体的裂解情况。误差条表示标准差，n = 2（HT29）或 3（HCT116）孔。

技术集成的优势与应用价值

技术集成优势：MicroPick S/O能够实现精准可控的球体plating，其位置精度是标准移液无法企及的；自动化高通量处理细胞聚集体对于临床前药物开发至关重要，能够高效处理大量样本；结合AtlaZ的EIS实时分析，可显著减少3D体外药物筛选的时间和工作量，且在无需荧光标记等侵入性检测的情况下提升通量和数据丰富度。

应用价值：为药物发现和开发提供快速、可靠的临床前测试数据，AtlaZ系统具备时间分辨和无标记增殖分析能力，便于深入评估药物的efficacy和毒性，尤其适用于大量样本和化合物的测试。