解析哈工大高会军学术前沿：面向类器官再生的显微操作智能系统

摘要：类器官，也被称为工程组织或器官模型，是通过生物医学工程方法和细胞培养技术创建的具有类似功能的人工组织。它们利用成体干细胞或多能干细胞在体外特异性因子诱导以及3D培养后形成，具有一定空间结构的组织类似物。

类器官，也被称为工程组织或器官模型，是通过生物医学工程方法和细胞培养技术创建的具有类似功能的人工组织。它们利用成体干细胞或多能干细胞在体外特异性因子诱导以及3D培养后形成，具有一定空间结构的组织类似物。

基于类器官背后临床医学与药物研发等巨大的应用前景，不少国家和组织纷纷指定相应政策。如2024年3月20日欧盟推出《地平线欧洲战略计划 2025-2027》，该计划明确将类器官作为核心的非动物技术开发对象，并致力于促进其在生物医学研究中的广泛应用。我国也将类器官技术列为“十四五”国家重点研发计划的重点专项任务，并出台了一系列政策来系统性推进类器官技术的发展。

针对中国在类器官方向的研究进展，欧洲科学院院士、哈尔滨工业大学高会军教授，在2024年中关村仿生机器人大会上分享了主题为《面向类器官再生的显微操作智能系统》的主旨报告。

▍探索永无止境高会军实现从自动控制到显微操作的学科跨越

高会军的研究方向涉及交叉领域，涵盖了自动控制理论、工业机器人与智能系统、显微操作与智能控制等领域。其中，自动控制领域是他最早涉足并持续深耕的，至今已有超过20年的研究历程。早在2014年，高会军就因在自动控制理论方面的卓越贡献，荣获了国家自然科学奖二等奖。此后，他的学术成就不断得到认可，于2022年和2023年分别荣获IEEE尤金·米特尔曼成就奖和IEEE诺伯特·维纳奖两项国际大奖。

欧洲科学院院士、哈尔滨工业大学教授高会军

然而，高会军的科研探索并未因在自动控制领域的成就而停滞。近年来，他将研究视角从宏观的自动化控制转向了更为微观的显微操作领域。在网络化系统和基于视觉的高性能控制这两大研究框架的基础上，高会军及其团队开始积极探索如何在网络环境下将视觉技术与控制技术相结合，开展了一系列前沿性的研究工作。

▍类器官再生技术需要首先解决一致性和效率的问题

高会军在报告中首先阐述了类器官的基本概念，指出类器官是由成体或诱导干细胞在体外特定条件下培育而成的细胞团，这些细胞团不仅具备原始组织器官的结构和功能特性，还能在体外自我更新和分化。这一技术的诞生为疾病诊疗、药物研发及再生医学等领域带来了颠覆性的改变。通过构建类器官模型，科研人员能够在实验室里模拟人体器官的生长和病理过程，从而更深入地探究疾病的发生机制，并筛选出有效的治疗方案。

类器官再生技术

接着，高会军分享了国际上类器官再生技术的成功案例，如2021年日本庆应义塾大学医学院Toshiro Sato、Eiji Kobayashi研究小组利用类器官构建可供移植使用的肠黏膜治疗短肠综合征，以及2022年美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心，使用前列腺类器官揭示前列腺癌的可重塑信号等。

基于类器官构建可供移植使用的肠粘膜来治疗短肠综合征（https://www.nature.com/articles/s41586-021-03247-2）

值得一提的是，在高会军团队对类器官细胞显微操控的研究中，他们发现传统的类器官培养方法存在一致性差、批次效应严重等问题，这严重阻碍了类器官技术的标准化和大规模应用。为此，团队致力于开发显微操控智能系统，以期实现对类器官生长过程的精确控制，从而提高培养的一致性和效率，推动类器官技术的临床应用和产业化进程。

此外，高会军还提到了显微操控智能系统研制过程中面临的挑战，包括细胞显微操作的精准度、类器官的分化机制、生长调控以及功能实现等方面的难题。他强调，这些领域仍存在许多研究空白，需要科研人员更加深入地探索和攻克。

▍从模式动物到面向类器官再生的显微操控智能系统

在过去十年间，高会军及其团队在显微操控智能系统的研发上取得了突破，推动了生命科学与医学研究领域的发展。

面向模式动物的显微操控智能系统(2014-2019)

团队的研究工作最初面向模式动物展开，特别是针对斑马鱼这一重要的模式生物。他们成功研制出了一套能够精准识别并注射斑马鱼心脏的显微操作系统。该系统的核心在于其高度的自动化和精准性，能够在显微镜下准确找到斑马鱼的心脏位置，并进行微量的药物注射。

面向类器官再生的显微操作智能系统(2020—今)

在模式动物显微操作技术取得成功后，团队将研究重点转向了更具挑战性的类器官显微操作领域。该团队利用显微操控技术，成功实现了从单一细胞到复杂类器官的组装和再生。他们通过精准的细胞显微操作，解决了类器官再生过程中的关键科学问题，包括细胞显微操作、类器官再生机理分析以及类器官智能控制等。该技术的突破使得类器官的标准化批量制造成为可能，为药物筛选和疾病诊疗提供了更加可靠和高效的平台。

面向类器官再生的显微操作智能系统

此外，为了推动显微操控智能系统在医学领域的落地验证，高会军团队还建立了医工交叉实验室，并与国内众多三甲医院建立了紧密的合作关系。通过这一平台，团队不仅成功培养出了多种功能类器官，如肿瘤类器官、心肌类器官、小肠上皮类器官等，还为药物筛选和疾病诊疗提供了重要支持。

▍结语与未来：

高会军对类器官技术的发展前景持乐观态度，他认为这一技术将在多个领域大放异彩，包括个性化癌症治疗、高通量药物测试、器官修复以及生物制剂制备等。特别是在个性化癌症治疗方面，医生可以借助患者自身的癌症组织片段培养出类器官，进而进行针对性的药物筛选，为患者量身定制治疗方案。同时，在高通量药物测试领域，类器官技术也能显著缩短药物研发周期，并有效降低研发成本。