基于细胞的高通量筛选为什么需要自动化？

随着研究人员寻求更具有时效性、成本效益和伦理性的动物试验替代品，基于细胞的模型越来越普及。而且，制药公司之间寻找强有力的治疗候选药物的激烈竞争需要适合大量分子评估的方法。

在基于细胞的高通量筛选（HTS）试验中，在培养细胞中同时评估成百上千种化合物/条件。这些试验的效率和标准化是通过自动化实现的，特别是通过使用多通道移液头（MPH）、384/1536孔板和快速分析系统。

基于细胞的HTS工作流程的主要步骤可分为：（1）细胞维持培养和扩增，（2）细胞分化/3D形成，（3）化合物处理，（4）样品制备/活细胞成像和（5）分析。细胞的维持培养通常需要每24-72小时干预一次，以进行培养基更换和传代。必须定期评估细胞活力和浓度/融合度，以确保培养物的健康，并满足在不同规格的培养板中以适当浓度接种细胞的要求。细胞分化和3D结构的形成需要精确及时地添加专门的试剂和使用专门的实验室器皿。化合物处理通常在实验室器皿中以标准SBS格式进行，通常为6-1536孔板。为此，向细胞中加入不同浓度的生物活性化合物（通常使用纳升范围内的体积），孵育，然后进行qPCR蛋白质分析或成像。

尽管基于细胞的HTS有好处，但维护和处理细胞培养物需要专业知识和时间。多种参数可以影响细胞浓度、附着和存活率。此外，基于细胞的试验通常涉及重复性操作，且孵育/等待时间较长，因此容易出错。自动化液体处理设备在处理细胞培养物方面具有显著优势，这得益于工作站中的先进技术和专用软件。这些自动化系统可以确保精确温和的吸液和分液、受控的温度和振荡，无菌性，以及与第三方设备整合进行自动化分析。

吸液和放液

液体处理需要两个步骤：吸液和放液。控制好这两个步骤可以降低细胞上的剪切压力和应力。自动化系统可以控制各种移液参数，包括：（1）吸液和放液的速度（流速），（2）吸液开始或结束时吸入的空气量（吹出量和空气输送量），（3）吸液后移液头在液体中停留的时间（沉降时间），（4）吸液和放液后移液头移出液体的速度（交换速度），以及（5）吸头相当于孔的位置等。

细胞培养过程中的一些常见挑战是对细胞的干扰（包括在培养基更换过程中的吸液）、接种不均匀和涂层不均匀。吸液和放液可产生应激诱导的自发分化和细胞死亡。通过调整移液参数，如流速和吸头定位，可以显著降低培养基更换期间发生这些事件或吸入细胞的可能性。贴壁细胞的培养基更换需要以避免吸头与细胞接触的方式进行。此外，通常手动倾斜培养板以防止在培养基吸入过程中干扰细胞。在自动化系统中，专门的倾斜模块可确保倾斜角度一致，从而提高整个过程中的总体精度。

细胞的接种不均匀通常是由培养基中产生的泡沫引起的，这是由于加入的血清蛋白含量较高。事实上，在细胞接种过程中，气泡可以阻碍细胞附着，导致细胞计数的孔间差异-特别是当考虑96孔和384孔板上每孔生长表面减少时。此外，在培养基分配过程中产生的气泡会破裂、破坏并可能杀死细胞，可通过调整流速、吹出量和空气输送量（放液额外吹出空气量和吸液后额外空气吸入量）等参数、使用表面分液和大口径吸头以及避免过度移液来避免气泡形成。

图层不均匀是粘性液体的常见问题，例如用于涂敷3D细胞培养用凝胶的平板的基质。同样，调整流速、吹出体积和沉降时间等参数可以避免此类问题，并确保基质均匀分布，从而确保细胞均匀生长。

无菌性

长期细胞培养最关键的调整之一是保持无菌性。诸如细菌和真菌等传染源对真核细胞有害，并最终导致细胞死亡。此外，即使少量污染也可能导致异常结果和不正确的科学结论。在整个过程中保持无菌可以减少污染的频率和数量，减少细胞、资源和时间的损失。无菌条件可以通过防止病原体通过受污染的设备、培养基、试剂、培养箱、工作台以及有缺陷或未密封的细胞培养容器进入细胞培养物来实现。高效微粒空气（HEPA）过滤器和紫外灯现在包括在自动化系统中，用于维持无菌条件以及对平台和实验室器具进行灭菌。自动化工作流程的手动处理减少也最大限度地减少了污染物的进入。

活细胞成像的整合

当贴壁细胞在培养瓶中的汇合度达到80%时，细胞必须消化解离并转移到其他容器中继续生长。这被称为传代。此外，必须定期监测细胞活力，以确保没有表型变化。自动化液体处理设备可以与第三方设备集成，对细胞培养物进行活细胞成像。自动成像可以确保细胞在评估过程中只从最佳培养条件中被筛选。