科技日报记者 朱虹
如果把人体脏器比作实体楼宇，类器官便是依照脏器生理规律搭建的微观沙盘。这些在培养皿里长出来的迷你器官，能帮科学家在微观世界中模拟真实的人体反应，从而在不接触人体的情况下完成新药筛选和疾病研究。
一直以来，全球范围内的类器官培育都像是一场“碰运气”的游戏——同一批细胞，这次成了，下次可能就失败。由于缺乏统一标准，个体差异巨大，很难满足严苛的临床转化标准。
日前，哈尔滨工业大学发布的一条消息，让生命科学领域为之一振：借助该校智能控制与系统研究所高会军教授团队研发的类器官智能制造仪器，华大基因的科研人员成功培育出高度一致的“血岛类器官”，并从中稳定分化出具有分化潜能的造血始祖细胞。
这项突破性合作成果，直接印证了国产自研装备的实用价值。历经5年研发出的类器官智能制造仪器，把靠经验、靠手感的个体化操作，升级为标准化、批量化的智能生产线，让类器官制造真正进入“工业时代”。
一套控制策略把自组装率拉到98%
以往，行业内制备类器官采用纯手工模式。科研人员先要从活体组织中分离提取珍贵干细胞，配置好细胞悬液后，凭个人手感手动吸取细胞，一点点滴进基质胶微孔里。整个接种全凭实验员经验把控加样量、细胞落点，后续再放入培养箱静置培育。
“细胞在针管里，东一簇西一簇，要么挤成一团，要么空空荡荡。”高会军回忆，“长出来的类器官性状差异很大，成功率也非常低，这也是过去实验重复性差、很难落地临床转化的根源。”
更棘手的是成本。用于构建类器官的细胞非常珍贵，传统方式一次接种需要数百万个细胞。
如何大幅减少细胞耗材、节约科研成本，成了亟待破解的难题。团队在2020年就立下目标：研发一套真正精密的细胞操控技术，实现对单个细胞的精准操作——最少只用几百个细胞，就能完成类器官构建。
然而，单细胞直径仅约10微米，要让其均匀、顺畅地从100微米的细针管中输出并精准排布，谈何容易？
整整一年，团队都在走弯路。他们反复研究针头内壁的物理性质，更换不同亲疏水特性的涂层，试了一遍又一遍，细胞依然抱团、依然分布混乱。这时大家才猛然意识到：问题不在管子，而是控制策略。
在无数次实验中，团队摸索出了一套单细胞柔顺视觉伺服控制方法。
最开始，他们只做细胞密度控制，靠视觉识别细胞多少，调节流量压力。可即便做到极致，自组装率始终卡在72%，怎么都上不去。
后来他们发现，细胞会自己往中间聚集，光靠密度控制远远不够。于是他们加入边界约束，让机器识别边缘，把细胞“框”住，可结果依旧不稳定。
直到2023年，团队才找到最终方案：把密度、边界、空间连续分布三者结合，形成一套闭环视觉伺服控制策略。这不是挤压细胞，而是引导细胞。
这一步突破带来质变：类器官自组装成功率从72%直接跃升到98%；细胞利用率提升4倍；单批次可做出1000个高度一致的标准化类器官；生物一致性比人工提升7.3倍。曾经耗时数月的药物实验，现在几天就能完成。
“这套仪器装备，为我们的生物学研究插上了工程化翅膀。”华大基因合作团队主任科学家赖毅维评价道，“它没有改变生命自发发育的规律，却用极高的设备稳定性和操作一致性，补齐了从基础研究走向临床转化最关键的一块拼图。”
微纳机器人首次进驻类器官内部
细胞排布难题解决后，新的问题随即浮现：仅凭外观，根本无法判断类器官质量好坏、药效究竟如何。
传统检测就像“解剖”，测一次毁一个，只能获取瞬间数据，无法追踪数天内的动态变化。高会军打了个比方：“只看外表不看内部，就像看病只看脸色，不查身体。”
2023年，团队提出大胆设想：把磁控微纳机器人注射进类器官，通过磁场定向调控，让它触碰细胞壁，将位移信号转化为力学数据，从而实现细胞内部的长期实时检测。
要在微米级空间里，用磁力控制只有单细胞大小的微型机器人，就必须造出一个磁力高度稳定的均匀空间。攻关持续了两年，最难的就是磁场的构建，这是世界级挑战。“距离变一点，磁力就差很多，机器人一进去就跑偏。”团队博士生林诚骞拿着磁铁向记者解释。
团队日夜调试线圈、计算磁路、优化算法，终于在2024年做出八极电磁线圈系统，在极小空间里造出稳定磁场，并实现了精准、轻柔、无损的内部操控。
微纳机器人被送入类器官后，能逐点测绘腔内绒毛、导管、腔壁的力学信号，实现多日连续追踪，把“一次性快照”变成“连续健康档案”。
在攻关过程中，团队还发现一个致命痛点：把样本送到外部机构检测基因表达状态，往往要等半个月，而在此期间，生物状态早已发生改变。
为此，他们同步研发双通道压缩感知技术，仅用6%的超低采样率，就能在实验室内两小时同步出力学与基因表达双重数据，效率提升数十倍。
从此，类器官感知从“盲目猜测”真正走向“精准量化”，为肿瘤分级、新药筛选、药效评估提供了前所未有的可靠依据。
实现全流程无人智造
操控和检测的难题相继攻克，团队面临最后一道关卡：实验流程太繁琐，设备太零散，人根本盯不过来。
过去，控温、成像、培养、检测全靠人工跑断腿；夜里要定闹钟换液；温控一不小心就会镜头结雾，实验直接作废；通用AI记不住流程、连不上设备，所谓“智能”形同虚设。
如何把人真正解放出来？2024年到2025年，团队联合甬江实验室集中火力攻坚全流程智能一体化。
课题组分成软件、硬件两支攻关小队同步推进。软件组翻阅积攒十余年的实验台账，从繁杂零散的实操细节中提炼标准实验范式，循序渐进搭建智能体底层框架；硬件组反复核验各类设备参数，不间断调试通信协议，一点点破除软硬件交互的技术隔阂。
经过多轮现场联调、反复试错打磨，项目最终落地完整解决方案。依托沉淀的海量实操数据完成数字化转化，构筑起适配类器官实验的专属智能体，系统可自主把控实验时序、自主处置突发异常。
同时，他们打通软硬件通信壁垒，由人工智能统筹调度机械手、磁场、温控与成像单元，搭建起感知—决策—控制—反馈全闭环运行逻辑，妥善化解了长时序实验流程错乱、数据记忆缺失等行业顽疾。
历经两年潜心打磨，一体化类器官智能制造仪器顺利研制完成。
实验室荣誉榜上，这套自研装备硕果累累：相关成果去年刊发于国际期刊《科学进展》，接连拿下中国仪器仪表学会技术发明一等奖、中国专利金奖，标志着我国类器官高端装备实现从跟跑到并跑、领跑的跨越式发展。
“我们将持续深化和华大等顶尖机构的产学研合作，推动人造血、靶向新药筛选等前沿研究加速落地，让实验室里的微观组织模型，早日变成守护病患健康的实用利器。”高会军说。
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