簡介

如今，生物醫(yī)學(xué)研究需要大規(guī)模的基于細(xì)胞的實驗，以經(jīng)濟(jì)高效的方式開發(fā)新療法。因此，細(xì)胞培養(yǎng)自動化對于滿足高通量要求和降低成本至關(guān)重要。此外，自動化通過自動液體處理實現(xiàn)了實驗流程的無縫追溯性、標(biāo)準(zhǔn)化和精確度，從而使細(xì)胞培養(yǎng)實驗更加高效。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)行高通量實驗而設(shè)計。通過自動化這些流程，該系統(tǒng)顯著降低實驗變異性，同時保持高精度水平。Cell Control軟件直觀的用戶界面簡化了對多種細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用的同步管理，同時持續(xù)跟蹤每個過程以防止數(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)行自動化細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)勢，并將其應(yīng)用于兩種常見的細(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Cell Control中的多種可調(diào)節(jié)參數(shù)實現(xiàn)高效自動化。這對于高通量實驗尤為有益，因為它確保了一致性并顯著降低了人為錯誤的風(fēng)險。相比之下，手動接種不同類型的細(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。手動接種常導(dǎo)致細(xì)胞分布不均、耗時增加及污染風(fēng)險升高，因此在高通量應(yīng)用中效率較低。

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

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

集成成像與細(xì)胞融合度測量可減少人工干預(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Cell Care STAR系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動工作流程，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列儲液槽。

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

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

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

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

革新研究：Cell Care STAR。通過一致性和減少實驗變異性，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)。

實驗流程

細(xì)胞懸浮液通過手動操作制備，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列儲液池（Agilent Technologies,204284-100）中。該接種操作可通過Cell Care STAR工作步驟“從儲液池接種"或手動方式完成。細(xì)胞在運輸至培養(yǎng)箱前需靜置沉淀。24小時后，使用Cytation 1成像儀及Gen5軟件（Agilent）的細(xì)胞分析工具測定細(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?個細(xì)胞/mL）和T47D細(xì)胞（3×10?個細(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?個細(xì)胞/mL）和T47D細(xì)胞（3×10?個細(xì)胞/mL））。

24小時后，使用Cytation 1成像儀和Gen5軟件（安捷倫）評估融合情況。

為了確保實驗結(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，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簡單點擊即可完成批次設(shè)置（包含多個操作步驟）、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間、傳代比例、培養(yǎng)基體積等），可針對不同細(xì)胞系進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)

Cell Care STAR系統(tǒng)無縫整合了多種自動化技術(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：能夠并行處理兩個板。

H-Box二級生物安全柜：保持樣本無菌狀態(tài)并確保操作人員安全。

Cell Control軟件：實現(xiàn)對復(fù)雜細(xì)胞培養(yǎng)維護(hù)工作流程的直接且無縫管理。

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)過測試和驗證的方法，適用于6孔、24孔和96孔板格式，并支持工作流程的自動化追蹤。

臺面溫控：確保試劑和樣本的溫度一致。

Cytation 1細(xì)胞成像儀：自動進(jìn)行細(xì)胞密度監(jiān)測和數(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24孔板或五個96孔板中，接種方式可為手動操作或使用Cell Care STAR自動化系統(tǒng)。細(xì)胞被成像，并在接種后24小時測量細(xì)胞融合度。為了評估重復(fù)性，計算了同一板內(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。對于接種于24孔板的HeLa細(xì)胞，與手動接種相比，自動化接種使孔間細(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，與手動接種相比，自動接種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）。

對于接種于24孔板的T47D細(xì)胞，與手動接種相比，自動接種導(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，使用自動化方法接種T47D細(xì)胞時，與經(jīng)驗豐富的操作員進(jìn)行手動處理相比，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)比較自動化與手動細(xì)胞接種時，細(xì)胞融合度的變異系數(shù)（%CV）。

討論/總結(jié)

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

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

-      減少研究人員的手動操作時間。

-      提供細(xì)胞培養(yǎng)步驟的全程追溯性。

-      通過精準(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，消除了手動變異，同時提高了數(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)度和過程優(yōu)化，進(jìn)一步提高實驗室生產(chǎn)率。