使用Cell Care STAR建立自动化细胞实验：提高通量和可重复性

简介

如今，生物医学研究需要大规模的基于细胞的实验，以经济高效的方式开发新疗法。因此，细胞培养自动化对于满足高通量要求和降低成本至关重要。此外，自动化通过自动液体处理实现了实验流程的无缝追溯性、标准化和精确度，从而使细胞培养实验更加高效。Hamilton Cell Care STAR是一款先进的、即用型工作站，专为自主管理常规细胞培养维护及将细胞接种到培养板以进行高通量实验而设计。通过自动化这些流程，该系统显著降低实验变异性，同时保持高精度水平。Cell Control软件直观的用户界面简化了对多种细胞培养应用的同步管理，同时持续跟踪每个过程以防止数据丢失。在此，我们演示了在Cell Control中使用“从培养槽接种"方法（工作步骤）进行自动化细胞培养的优势，并将其应用于两种常见的细胞类型：HeLa和T47D。

将细胞悬液接种到多孔培养板中可以通过Cell Control中的多种可调节参数实现高效自动化。这对于高通量实验尤为有益，因为它确保了一致性并显著降低了人为错误的风险。相比之下，手动接种不同类型的细胞，如HeLa细胞和形成菌落的T47D细胞，既具有挑战性又耗时。手动接种常导致细胞分布不均、耗时增加及污染风险升高，因此在高通量应用中效率较低。

Cell Care STAR平台上的“从培养槽中接种"操作步骤，可实现全程可追溯、高通量、基于细胞的实验，并提升标准化水平。

自动化液体处理技术可有效减少孔间和板间差异，从而提高实验的一致性。

集成成像与细胞融合度测量可减少人工干预，从而优化工作流程效率。

图：“从培养槽中接种"的24孔和96孔工作流程。通过Cell Care STAR系统实现了全自动工作流程，包括细胞接种、培养、成像及细胞融合度分析。

步骤1：用户制备细胞悬液，并将其转移至6列储液槽。

步骤2：细胞自动被接种到条形码标记的24孔和96孔板中，并通过精确的体积控制进行操作。

步骤3：工作步骤完成后，培养板将自动被输送到培养箱中，并在+37°C和5%二氧化碳条件下过夜培养。

步骤4：通过Cytation 1成像仪和Gen5软件进行自动融合分析。

步骤5：用户对数据进行整理和分析，以评估其可重复性和变异性。

革新研究：Cell Care STAR。通过一致性和减少实验变异性，提升大规模细胞培养的效率。

细胞培养

细胞培养条件

HeLa细胞（Sigma-Aldrich，93021013）和T47D细胞（ECACC，85102201）在标准组织培养条件下在添加了10%FBS的高糖DMEM（Gibco，L0101-500）中培养。

实验流程

细胞悬浮液通过手动操作制备，具体步骤为：使用0.05%胰蛋白酶-EDTA（Fisher Scientific,25300104）消化细胞，然后以所需密度加入到6列储液池（Agilent Technologies,204284-100）中。该接种操作可通过Cell Care STAR工作步骤“从储液池接种"或手动方式完成。细胞在运输至培养箱前需静置沉淀。24小时后，使用Cytation 1成像仪及Gen5软件（Agilent）的细胞分析工具测定细胞融合度。

接种流程

24孔板（每孔加入500μL细胞悬液 + 500μL培养基；HeLa细胞（1×10⁵个细胞/mL）和T47D细胞（3×10⁵个细胞/mL）。

96孔板（每孔加入50μL细胞悬液 + 150μL培养基；HeLa细胞（1×10⁴个细胞/mL）和T47D细胞（3×10⁴个细胞/mL））。

24小时后，使用Cytation 1成像仪和Gen5软件（安捷伦）评估融合情况。

为了确保实验结果的变异性和可靠性，使用了不同传代次数的细胞来生成生物学复制品。

系统描述

Cell Control 软件

Hamilton Cell Control软件专为自主管理复杂细胞培养维护工作流程而设计，可覆盖数天至数周的操作周期。其直观易用的界面支持通过简单点击即可完成批次设置（包含多个操作步骤）、试剂与吸头重新加载，以及消耗量估算等功能。每个工作步骤均预设了一组可调整的参数（例如脱落溶液的孵育时间、传代比例、培养基体积等），可针对不同细胞系进行优化。

技术

Cell Care STAR系统无缝整合了多种自动化技术：

Microlab STAR CO-RE技术：确保精准的液体处理。

倾斜模块和Hamilton加热振荡器：能够并行处理两个板。

H-Box二级生物安全柜：保持样本无菌状态并确保操作人员安全。

Cell Control软件：实现对复杂细胞培养维护工作流程的直接且无缝管理。

细胞控制工作步骤：配备11种可调节的、即用型预编程、经过测试和验证的方法，适用于6孔、24孔和96孔板格式，并支持工作流程的自动化追踪。

台面温控：确保试剂和样本的温度一致。

Cytation 1细胞成像仪：自动进行细胞密度监测和数据分析。

将HeLa和T47D细胞制备成细胞悬液，并将其接种到两个24孔板或五个96孔板中，接种方式可为手动操作或使用Cell Care STAR自动化系统。细胞被成像，并在接种后24小时测量细胞融合度。为了评估重复性，计算了同一板内不同孔之间细胞融合度的变异系数（CV）以及不同板之间平均细胞融合度的变异系数（CV）。

使用Cell Care STAR进行自动化处理后，两种细胞类型在细胞培养板中的细胞融合度变异显著降低。对于接种于24孔板的HeLa细胞，与手动接种相比，自动化接种使孔间细胞融合度的CV降低了41.2%（p<0.05），板间CV降低了41.3%。

在96孔板中，与手动接种相比，自动接种HeLa细胞导致孔间变异系数（CV）降低43.6%（p<0.001），板间变异系数（CV）降低75.1%（p<0.05）。

对于接种于24孔板的T47D细胞，与手动接种相比，自动接种导致孔间细胞融合度的变异系数（CV）降低33.9%（p<0.05），板间变异系数降低56%（p<0.05）。

在96孔板中，使用自动化方法接种T47D细胞时，与经验丰富的操作员进行手动处理相比，孔间细胞融合度的变异系数（CV）降低了40.2%（p<0.05），板间变异系数（CV）降低了60.2%（p<0.05）。

Seeding From Trough: HeLa

Seeding From Trough: T47D

当比较自动化与手动细胞接种时，细胞融合度的变异系数（%CV）。

讨论/总结

自动化细胞培养工作流程可提升实验的可重复性、效率及可扩展性。Cell Care STAR的“从培养槽接种"工作步骤通过以下方式提升实验可靠性：

-      通过精准的液体处理技术，最大限度地减少人为错误。

-      减少研究人员的手动操作时间。

-      提供细胞培养步骤的全程追溯性。

-      通过精准的液体处理技术，降低关键细胞处理步骤（如移液速度、细胞混合周期及细胞分装参数）执行过程中的变异性，从而提升数据质量。

Hamilton的Cell Care STAR是一种现成的解决方案，专为大规模生物医学研究和药物发现而设计，消除了手动变异，同时提高了数据质量和工作流程标准化，使科学突破更具成本效益。此外，Cell Control软件允许批量调度和过程优化，进一步提高实验室生产率。