使用Cell Care STAR建立自動(dòng)化細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：提高通量和可重復(fù)性

簡(jiǎn)介

如今，生物醫(yī)學(xué)研究需要大規(guī)模的基于細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)，以經(jīng)濟(jì)高效的方式開(kāi)發(fā)新療法。因此，細(xì)胞培養(yǎng)自動(dòng)化對(duì)于滿足高通量要求和降低成本至關(guān)重要。此外，自動(dòng)化通過(guò)自動(dòng)液體處理實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)流程的無(wú)縫追溯性、標(biāo)準(zhǔn)化和精確度，從而使細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)更加高效。Hamilton Cell Care STAR是一款先進(jìn)的、即用型工作站，專為自主管理常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)維護(hù)及將細(xì)胞接種到培養(yǎng)板以進(jìn)行高通量實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)。通過(guò)自動(dòng)化這些流程，該系統(tǒng)顯著降低實(shí)驗(yàn)變異性，同時(shí)保持高精度水平。Cell Control軟件直觀的用戶界面簡(jiǎn)化了對(duì)多種細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用的同步管理，同時(shí)持續(xù)跟蹤每個(gè)過(guò)程以防止數(shù)據(jù)丟失。在此，我們演示了在Cell Control中使用“從培養(yǎng)槽接種"方法（工作步驟）進(jìn)行自動(dòng)化細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，并將其應(yīng)用于兩種常見(jiàn)的細(xì)胞類型：HeLa和T47D。

將細(xì)胞懸液接種到多孔培養(yǎng)板中可以通過(guò)Cell Control中的多種可調(diào)節(jié)參數(shù)實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化。這對(duì)于高通量實(shí)驗(yàn)尤為有益，因?yàn)樗_保了一致性并顯著降低了人為錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，手動(dòng)接種不同類型的細(xì)胞，如HeLa細(xì)胞和形成菌落的T47D細(xì)胞，既具有挑戰(zhàn)性又耗時(shí)。手動(dòng)接種常導(dǎo)致細(xì)胞分布不均、耗時(shí)增加及污染風(fēng)險(xiǎn)升高，因此在高通量應(yīng)用中效率較低。

Cell Care STAR平臺(tái)上的“從培養(yǎng)槽中接種"操作步驟，可實(shí)現(xiàn)全程可追溯、高通量、基于細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)，并提升標(biāo)準(zhǔn)化水平。

自動(dòng)化液體處理技術(shù)可有效減少孔間和板間差異，從而提高實(shí)驗(yàn)的一致性。

集成成像與細(xì)胞融合度測(cè)量可減少人工干預(yù)，從而優(yōu)化工作流程效率。

圖：“從培養(yǎng)槽中接種"的24孔和96孔工作流程。通過(guò)Cell Care STAR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)工作流程，包括細(xì)胞接種、培養(yǎng)、成像及細(xì)胞融合度分析。

步驟1：用戶制備細(xì)胞懸液，并將其轉(zhuǎn)移至6列儲(chǔ)液槽。

步驟2：細(xì)胞自動(dòng)被接種到條形碼標(biāo)記的24孔和96孔板中，并通過(guò)精確的體積控制進(jìn)行操作。

步驟3：工作步驟完成后，培養(yǎng)板將自動(dòng)被輸送到培養(yǎng)箱中，并在+37°C和5%二氧化碳條件下過(guò)夜培養(yǎng)。

步驟4：通過(guò)Cytation 1成像儀和Gen5軟件進(jìn)行自動(dòng)融合分析。

步驟5：用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，以評(píng)估其可重復(fù)性和變異性。

革新研究：Cell Care STAR。通過(guò)一致性和減少實(shí)驗(yàn)變異性，提升大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的效率。

細(xì)胞培養(yǎng)

細(xì)胞培養(yǎng)條件

HeLa細(xì)胞（Sigma-Aldrich，93021013）和T47D細(xì)胞（ECACC，85102201）在標(biāo)準(zhǔn)組織培養(yǎng)條件下在添加了10%FBS的高糖DMEM（Gibco，L0101-500）中培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)流程

細(xì)胞懸浮液通過(guò)手動(dòng)操作制備，具體步驟為：使用0.05%胰蛋白酶-EDTA（Fisher Scientific,25300104）消化細(xì)胞，然后以所需密度加入到6列儲(chǔ)液池（Agilent Technologies,204284-100）中。該接種操作可通過(guò)Cell Care STAR工作步驟“從儲(chǔ)液池接種"或手動(dòng)方式完成。細(xì)胞在運(yùn)輸至培養(yǎng)箱前需靜置沉淀。24小時(shí)后，使用Cytation 1成像儀及Gen5軟件（Agilent）的細(xì)胞分析工具測(cè)定細(xì)胞融合度。

接種流程

24孔板（每孔加入500μL細(xì)胞懸液 + 500μL培養(yǎng)基；HeLa細(xì)胞（1×10?個(gè)細(xì)胞/mL）和T47D細(xì)胞（3×10?個(gè)細(xì)胞/mL）。

96孔板（每孔加入50μL細(xì)胞懸液 + 150μL培養(yǎng)基；HeLa細(xì)胞（1×10?個(gè)細(xì)胞/mL）和T47D細(xì)胞（3×10?個(gè)細(xì)胞/mL））。

24小時(shí)后，使用Cytation 1成像儀和Gen5軟件（安捷倫）評(píng)估融合情況。

為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變異性和可靠性，使用了不同傳代次數(shù)的細(xì)胞來(lái)生成生物學(xué)復(fù)制品。

系統(tǒng)描述

Cell Control 軟件

Hamilton Cell Control軟件專為自主管理復(fù)雜細(xì)胞培養(yǎng)維護(hù)工作流程而設(shè)計(jì)，可覆蓋數(shù)天至數(shù)周的操作周期。其直觀易用的界面支持通過(guò)簡(jiǎn)單點(diǎn)擊即可完成批次設(shè)置（包含多個(gè)操作步驟）、試劑與吸頭重新加載，以及消耗量估算等功能。每個(gè)工作步驟均預(yù)設(shè)了一組可調(diào)整的參數(shù)（例如脫落溶液的孵育時(shí)間、傳代比例、培養(yǎng)基體積等），可針對(duì)不同細(xì)胞系進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)

Cell Care STAR系統(tǒng)無(wú)縫整合了多種自動(dòng)化技術(shù)：

Microlab STAR CO-RE技術(shù)：確保精準(zhǔn)的液體處理。

傾斜模塊和Hamilton加熱振蕩器：能夠并行處理兩個(gè)板。

H-Box二級(jí)生物安全柜：保持樣本無(wú)菌狀態(tài)并確保操作人員安全。

Cell Control軟件：實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜細(xì)胞培養(yǎng)維護(hù)工作流程的直接且無(wú)縫管理。

細(xì)胞控制工作步驟：配備11種可調(diào)節(jié)的、即用型預(yù)編程、經(jīng)過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證的方法，適用于6孔、24孔和96孔板格式，并支持工作流程的自動(dòng)化追蹤。

臺(tái)面溫控：確保試劑和樣本的溫度一致。

Cytation 1細(xì)胞成像儀：自動(dòng)進(jìn)行細(xì)胞密度監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析。

將HeLa和T47D細(xì)胞制備成細(xì)胞懸液，并將其接種到兩個(gè)24孔板或五個(gè)96孔板中，接種方式可為手動(dòng)操作或使用Cell Care STAR自動(dòng)化系統(tǒng)。細(xì)胞被成像，并在接種后24小時(shí)測(cè)量細(xì)胞融合度。為了評(píng)估重復(fù)性，計(jì)算了同一板內(nèi)不同孔之間細(xì)胞融合度的變異系數(shù)（CV）以及不同板之間平均細(xì)胞融合度的變異系數(shù)（CV）。

使用Cell Care STAR進(jìn)行自動(dòng)化處理后，兩種細(xì)胞類型在細(xì)胞培養(yǎng)板中的細(xì)胞融合度變異顯著降低。對(duì)于接種于24孔板的HeLa細(xì)胞，與手動(dòng)接種相比，自動(dòng)化接種使孔間細(xì)胞融合度的CV降低了41.2%（p<0.05），板間CV降低了41.3%。

在96孔板中，與手動(dòng)接種相比，自動(dòng)接種HeLa細(xì)胞導(dǎo)致孔間變異系數(shù)（CV）降低43.6%（p<0.001），板間變異系數(shù)（CV）降低75.1%（p<0.05）。

對(duì)于接種于24孔板的T47D細(xì)胞，與手動(dòng)接種相比，自動(dòng)接種導(dǎo)致孔間細(xì)胞融合度的變異系數(shù)（CV）降低33.9%（p<0.05），板間變異系數(shù)降低56%（p<0.05）。

在96孔板中，使用自動(dòng)化方法接種T47D細(xì)胞時(shí)，與經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員進(jìn)行手動(dòng)處理相比，孔間細(xì)胞融合度的變異系數(shù)（CV）降低了40.2%（p<0.05），板間變異系數(shù)（CV）降低了60.2%（p<0.05）。

Seeding From Trough: HeLa

Seeding From Trough: T47D

當(dāng)比較自動(dòng)化與手動(dòng)細(xì)胞接種時(shí)，細(xì)胞融合度的變異系數(shù)（%CV）。

討論/總結(jié)

自動(dòng)化細(xì)胞培養(yǎng)工作流程可提升實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性、效率及可擴(kuò)展性。Cell Care STAR的“從培養(yǎng)槽接種"工作步驟通過(guò)以下方式提升實(shí)驗(yàn)可靠性：

-      通過(guò)精準(zhǔn)的液體處理技術(shù)，最大限度地減少人為錯(cuò)誤。

-      減少研究人員的手動(dòng)操作時(shí)間。

-      提供細(xì)胞培養(yǎng)步驟的全程追溯性。

-      通過(guò)精準(zhǔn)的液體處理技術(shù)，降低關(guān)鍵細(xì)胞處理步驟（如移液速度、細(xì)胞混合周期及細(xì)胞分裝參數(shù)）執(zhí)行過(guò)程中的變異性，從而提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。

Hamilton的Cell Care STAR是一種現(xiàn)成的解決方案，專為大規(guī)模生物醫(yī)學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)而設(shè)計(jì)，消除了手動(dòng)變異，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和工作流程標(biāo)準(zhǔn)化，使科學(xué)突破更具成本效益。此外，Cell Control軟件允許批量調(diào)度和過(guò)程優(yōu)化，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)率。