Solutions for Cell Processing

Význam tématu

Průmyslové i výzkumné aplikace buněčných kultur a klonování vyžadují rychlé, standardizované a reprodukovatelné postupy s minimalizací ruční práce. Klíčovým faktorem pro úspěch výrobních procesů v regenerativní medicíně, farmaceutickém vývoji a drogovém screeningu je spolehlivá identifikace, množení a kvalitativní hodnocení buněk v různých fázích kultivace bez poškození vzorků.

Cíle a přehled článku

Článek představuje řešení společnosti Shimadzu určená k automatizaci a zefektivnění klonování, kultivace, neinvazivní analýzy buněčných kultur a hodnocení mechanických vlastností buněk či trojrozměrných buněčných hmot. Popisuje workflow od genomového editování přes výběr klonů až po monitorování kultivačních supernatantů a fyzikální testy buněčných agregátů.

Použitá instrumentace

• CELL PICKER – automatizované odebírání a rozsévání buněčných kolonii
• MultiNA – mikročipová elektroforéza DNA/RNA
• C2MAP System s LC/MS/MS – analýza kultivačních médií a metabolitů
• AA-7000 – atomová absorpční spektrometrie pro stanovení kovových prvků
• SPM-9700HT – skenovací průzkumný mikroskop pro topografii a lokální mechaniku
• MCT Series – mikrokotoučový tester pro měření síly a tuhosti buněčných hmot

Hlavní výsledky a diskuse

• Automatizace výběru a založení klonálních buněčných kultur CELL PICKERem pro buňky HCT116 i iPS zachovává životaschopnost a nediferencovaný stav.
• MultiNA umožňuje rychlé a vysoce citlivé stanovení velikosti a přítomnosti amplikonů po CRISPR/Cas9 editaci s výpočtem míry mutací.
• C2MAP System automatizuje přípravu vzorků a paralelní analýzu až 95 komponent v kultivačním médiu, usnadňuje hledání markerů diferenciace.
• AA-7000 prokázal možnost levného a přímého měření stopových kovů v médiích CHO buněk s rozlišením v ppb–ppm rozsahu.
• SPM-9700HT zaznamenal morfologii a lokální tuhost HeLa a iPS buněk v tekutině, odhalil rozdíly v tuhosti buněčných těles a spojení.
• MCT Series vyčíslil pevnost buněčných agregátů HEK293 a dvou typů iPS linek, prokázal rozdíly v tuhosti a kolapsu pod konstantním zatížením.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné snížení ruční práce a variability díky automatizaci.
• Možnost kontinuálního sledování kvality buněk a kultur bez destrukce vzorků.
• Lepší reproducibilita a standardizace procesů v rámci QA/QC a výzkumu.
• Rychlé kvantitativní hodnocení genetických úprav i metabolitických změn.
• Nové parametry fyzikálních vlastností buněk jako indikátory jejich stavu a diferenciace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace real-time monitoringových systémů s umělou inteligencí pro prediktivní řízení kultivačních procesů.
• Rozvoj automatizovaných platforem pro hromadné screenování organoidů a 3D buněčných modelů.
• Standardizace neinvazivních markerů pro klinickou výrobu i široké komerční použití.
• Využití pokročilých materiálů a mikrofluidiky ve spojení s mechanickými testery pro simulaci mikroprostředí tkání.

Závěr

Shimadzu nabízí širokou škálu instrumentů a systémů pro automatizaci a standardizaci buněčných postupů od klonování až po analýzu médií a fyzikální testy. Tyto technologie snižují pracovní zátěž, zvyšují reprodukovatelnost výsledků a otevírají nové možnosti v oblasti regenerativní medicíny, bioprodukce a fundamentálního výzkumu buněk.

Reference

• Yamamoto T. et al. Kynurenine signaling through the aryl hydrocarbon receptor maintains the undifferentiated state of human embryonic stem cells. Sci. Signal. 12, eaaw3306 (2019).