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自动化移液提升培养效率

应用自动化移液系统,不仅能制备出高质量的3D微生物组织,还可为药物的疗效和副作用的预测提供有力证据。
3D细胞培养中可进行细胞功能的相关研究,而这些功能通常无法在常规细胞培养中观察到。瑞士Insphero公司提供了众多无支架微生物组织,可深入研究肿瘤细胞、原级细胞或iPSC衍生细胞(诱导性多功能干细胞)。该微生物组织具有相关器官的典型属性和功能,能为药物疗效和副作用的预测提供更有力的证据,与传统的单层培养相比,具有如下优点:
清晰显示细胞间接触的图像(紧密连接的张力微丝等);
显示细胞外的基体图像;
显示极化的上皮细胞;
显示薄壁组织的和非薄壁组织的细胞在共培养中的器官典型性排列;
显示基于上皮细胞调节的变异了的基因表达式。
由于能够清晰显示器官的典型属性,该3D微量生物组织可很好地适于中、高流通量的医药和物质检测(如制药行业、化妆品和化工行业的检测)。

悬滴培养法
Insphero微生物组织的生产是基于 “悬滴培养法”原理,既能减少细胞与人工表面间的交互作用,同时还能最大限度的提高细胞间的接触,并通过重力作用来形成组织细胞。其平板型Gravityplus仪器,旨在应用手动和自动移液系统进行标准化和具重现性的制备,并保存微生物组织培养。仪器的单个组成部分由两个对立排列的漏斗状的结构组成,并以毛细管相连接,所产生的附着力和毛细管力可平衡稳定35~45μl的液滴。在Gravityplus平台上制备微生物组织,是通过移液器将细胞悬液从上面滴入漏斗状开口处来进行的。微生物组织的形成和熟化在悬滴中进行,根据培养细胞种类的不同大概需要2~4天(见图1)。


图2. Viaflo 96通道移液器效率高于手动移液器。
采集与检测的平台
为了长期性的培养及其后的工序(物质处理和分析等),可将微生物组织从Gravityplus平台上直接转移至专门开发的Gravitytrap平台上。Gravitytrap平台在微生物组织的培养、加工整理和研究方面具有如下优点:
平台具有非粘附性的和生物兼容的表面涂层,因而在塑料表面不会发生粘附情况;
平台底部透明,便于采用反转式亮区或荧光显微镜目视检查;
安全的介质更换,无损失微生物组织的风险。
将微生物组织从Gravityplus平台转至Gravitytrap平台的操作,可通过从漏斗形开口的上端加入足量的介质溶液轻松实现。随着体积的增大,微量生物组织最终滴落至Gravitytrap下端的空腔中(见图1)。
具有96通道的移液器Viaflo 96采用手动引导,其引擎符合人体工程学,使操作毫不费力。该移液器用于将容器中的试剂和样品转移到96孔或384孔中,或完成平台间的转换,因此可同时传输96个样品。

通过调节平台支座的位置,既可加工96位的平台,也可加工384位的平台。Viaflo 96有4个可交换的、体积范围为0.5~1250μl的移液器吸头,吸头间可于几秒内完成转换。对于要求苛刻的工序,如微生物组织的转移,可根据用户需要预设若干位置调节点。既能够将移液器管尖自动地导向加液孔,也可移动到某一纵向高度,这样的调节保证了各移液步骤的标准化和高重现性。移液器的管尖则保证了吸头的最佳位置,并使之准确地移至Gravityplus平台的入口处。

Viaflo96的时间优势
进行微生物组织培养的3个步骤(播种、介质更换、再移至Gravitytrap平台)所需的时间,是基于采用Viaflo 8和Viaflo 96时生产8个平板所需要的时间。实验表明,若采用Viaflo 96替代Viaflo 8,生产每个平板的时间会缩短43%。在介质更换时尤为省时,包含有4个移液步骤(见表1)。
根据微生物组织培养细胞大小的变化情况,摄取了不同配置的图像(500细胞/滴和2500细胞/滴),并测定了各自的体积大小(见图3)。
应用两种移液系统生产的微生物组织直径极为均匀,置信水平为3.7%~ 5.5%,对于不同平板而相同洞孔位置则为1.8%~2.9%。在假设其为完整球体的前提下,据此计算得到的微生物组织的体积分别为0.01cm3和0.053cm3,几乎与原来所用的细胞数量(500和2500细胞/滴)的比例相当。

自动化获得微小的体积改变
数据表明:应用Viaflo 8移液器和Viaflo 96移液器制备微生物组织时,所得到体积大小一致。考虑到涉及多样化的生物过程,对微生物组织培养以及细胞的成型过程发生影响,其体积大小的变异值较小,最大仅为5%。
与预想情况相符,应用Viaflo 96移液器制备微量生物组织,较应用Viaflo 8大大节省了生产时间,每个平板总的生产过程(播种、介质更换和转至Gravitytrap平台),可节省3.5min(43%)。
对于一次典型的具有10000个数据点的扫描而言,单纯的移液器操作即可从14h缩短到8h,同时不影响微生物组织培养的体积大小的均匀性。从每天工作8h和2h预处理数据出发,采用Viaflo 96可培养75个平板的微生物组织,而采用Viaflo 8则只能完成43个培养。此外,借助引擎驱动的Viaflo 96,减少了实验人员下臂和手关节的负担,从工效学的角度来讲也值得推荐。

自动化移液操作
自动化移液操作对于高重复率且变化微小的工作具有重要意义。在保证误差微小的同时可获得较高的重现性,自动化移液也有可能覆盖从微升至毫升的大范围应用。

       文章来源:实验与分析

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