The protocols described allow laboratories to perform scalable, adherent stem cell culture in high throughput with minimal labor, experience and equipment investment cost using a programmable liquid handling robot and 96-well plates. iPSCs passaged more than 20 times on this system maintained pluripotency, normal karyotypes and differentiated into cardiomyocytes.
Pluripotent kök hücre kültüründe Devam ilerleme rejeneratif tıp, ilaç keşfi ve güvenlik testleri, bu hücrelerin kullanımı için tezgah ve Yatağımın arasındaki uçurumu kapatıyor. Doku mühendisliği ve nakli için, hücre kaynaklı Biopharmaceutics ve kök hücreleri üretmek için, uygun maliyetli bir hücre üretim teknolojisi gereklidir. Pluripotensin ve zamanla downstream uygulamalar (örneğin, hücre farklılaşması) hücrelerin istikrarlı performans Bakım büyük ölçekli hücresi üretimi için her şeyden önemlidir. Oysa o operatörün ciddi değişkenlik tanıtmak yanı sıra ölçek-up pahalı olabilir nerede hücrelerin elle kültüre, özellikle elde etmek zor olabilir. Minimal teknisyen katılımını veya deneyim gerektiren sıvı robot taşıma geliştirilen çok kanallı bir tezgah üstü kullanılarak operatör etkisi roman kök hücre kültürü protokolleri yüksek verimlilik, büyük ölçekli kök hücre üretimini etkinleştirmek ve kaldırmak için. IleBu protokoller, insan uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPSCs) doğrudan donmuş stoktan besleyici içermeyen koşullar kültürlendi ve 96 oyuklu plakalar içinde muhafaza. Ne zaman geçişine hücre hattı ve istenen ölçek büyütme oranına bağlı olarak, operatörün kolayca bölme için optimal koloni yoğunlukları gösteren görüntülerin bir dizi dayalı belirleyebilirsiniz. Sonra gerekli reaktifler, bir santrifüj aşaması olmadan yeni plakalara bir koloni bölünmüş gerçekleştirmek için hazırız. 20 pasajlar (~ 3 ay) sonra, iki iPSC hatları, kararlı karyotip tutulan kök hücre belirteçleri ifade ve yüksek verimlilik ile kardiyomiyositlere ayrışmıştır. Sistem 96 oyuklu plakalar için tasarlanmış yeni bir farklılaşma protokolleri veya genetik manipülasyon daha sonra, yüksek veri akışı taramasını gerçekleştirmek olabilir. Bu teknoloji uygulamaları sayısız için aynı kök hücrelerin çok sayıda üretmek için emek ve teknik yükünü azaltacaktır.
6 – İnsan uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPSCs) kullanımı bileşiği test rejeneratif tıp ve hastalık modelleme 2 2007 1 kendi türetme beri önemli ölçüde artmıştır. Bu talep, benzersiz bir miktarda somatik hücrelere ayırt edilebilir pluripotent hücreler, çok sayıda elde etmek için IPSC kapasitesi gelir. Yönlendirilmiş farklılaşma teknikleri 7 geliştirmek gibi – çok kaliteli iPSCs kitlesel üretim için gereksinimi yok, 14 – 10 ve insan hücre veya doku modelleme ve hücre tedavisinin geliştirilmesi 11 artar. 18 – Bu yaygın diğer hastalıklarda arasında, miyokard infarktüsü veya b-hücresi işlevsel değiştirme IPSC milyarlarca yüz milyonlarca gerektiren bedensel hücreleri 15 türetilmiş olacağı çağırılır. Ilaç keşfi ve t Dahası, giderek daha karmaşık 3D modelleme dokuherapy hücrelerin 9,13,19 çok sayıda talep edecek. Bu örneklerin tamamında, tanımlanan tek tip ve yeniden üretilebilir iPSCs mevcuttur ve üretilmesi kolay olması gerekir.
Doku mühendisliği ve nakli için, hücre kaynaklı Biopharmaceutics ve kök hücreleri üretmek için, uygun maliyetli bir hücre üretim teknolojisi gereklidir. Bu teknikler, başarılı bir şekilde büyük ölçekli olmayan IPSC ökaryotik göre üretim için dağıtılan kısmen 28 – mikrotaşıyıcı alt tabakalar 26 kullanımı ile 25 veya süspansiyon – iPSCs ölçeklendirilmiş üretimi, süspansiyon kültüründe 20 odaklanmıştır. Çeşitli gruplar, pluripotent kök hücreleri 20,21,23,24,29 verim süspansiyon kültürü sistemleri göstermiştir. Ancak, bu yaklaşım, doku mühendisliği ve sürüş Laborat yapıyor, yeni farklılaşma programlarının geliştirilmesi araştırmacıların hazır değil pahalı ve karmaşık sistemleri kullananORY çaplı araştırma. Ayrıca, süspansiyon ve mikrotaşıyıcı iPSC kültürleri toplanmasını düzenleyen adaptasyon ve teknikleri ya da Rho-kinaz inhibitörü sürekli kullanımı gibi geleneksel yapışık iPSC kültüründe bulunmayan kimyasallar, köpük önleyici maddeler ve filtrasyon gerektirir. Hücrelere fiziksel stres mekanik ajitasyon yanı sıra mikrotaşıyıcı çarpışma sırasında tanıtıldı, süspansiyon kültüründe daha yaygındır. Bu sorunlar, hücre çizgileri süspansiyon içinde kültürlenebilir yeni kök üretilen hangi öngörülebilirlik ve hızını sınırlar. Diğerleri plaka kültürü teknikleri 30,31 taklit robotik plaka taşıma sistemlerini geliştirdik ama bu platformlar ekipman ve kök hücre kültürü ile ilişkili temel zorlukları yanında faaliyet uzmanlık için önemli yatırımlar talep ediyoruz.
Aşağıdaki çalışma kendi kendine yeten, standart 8-kanal robot sıvıyı kullanan geliştirme ve ölçeklenebilir iPSC kültür sisteminin pratiğiişleyici 96 oyuklu plakalar. Bu yöntem laboratuar ölçekli iPSC kültürü ve yüksek hacimli iPSC üretimini köprü için tasarlanmıştır (örneğin, 10 7 – teknisyeni Haftada 1.5 x 10 9 hücre) yeni iPSC teknolojilerin geliştirilmesi olanlar sağlayan kolayca büyük donanım veya işçilik yatırımlar olmadan üretim büyütmek için. Bu yöntem, ayarlamak için nispeten pahalı olmayan bir kök hücre kültürü, bir programlama veya mühendislik deneyimi çok az gerektiren, özel bir hücre kültürü kaputu gerek kalmadan küçük bir ekipman alanına sahiptir, ve otomatik yüksek verimlilik orta sağlamak için standart hücre kültür teçhizatı kullanmaktadır Hücre üretimi. Amaç hücre kültürü kök yeni laboratuvarlar tarafından kullanılabilir ölçeklenebilir kök hücre kültürü yapabilen bir sistem geliştirmekti, manuel ekimi fikirlerini geliştirerek ya da kök hücrelerin çok sayıda üretmek için ekonomik bir vasıta isteyenler için bir engel bulanlar. Burada sunulan platform teknisyen etkisi kaldırırhücre kültürü kök ve tutarlı kök hücre üretimini sağlamak için besleme ve geçiş prosedürlerini normalleştirir.
Bu çalışmada küçültüyor ve aynı zamanda verimli ölçek yukarı sağlarken bir 96-plaka biçiminde beslenme ve geçit otomatik iPSC üretimi için robotik kültürün bir yöntem geliştirdi. Bir sıvı kotarma robotu rutin enzimatik ayrılma düzenli aralıklarla iPSC koloniler ve geçiş onları beslemek için kullanılmıştır. Robot, aynı zamanda hücre dışı matris jel kaplanmış plakalar üretilmesi ve tohum yoğunluğu gradyanı gerçekleştirmek için programlanmıştır. Fibroblast ve adipoz türetilmiş iPSCs daha büyük 20 pasajlar, yaklaşık 3 ay boyunca bu sistemde kültürlendi zaman stabil karyotipleri gibi, pluripotense, muhafaza edilmiştir. Her iki hücre dizisi kardiyomiyositlerde farklılaşma sahip idi. Birlikte, burada açıklanan protokollerin koleksiyon kültür kök hücrelere çok az kök hücre kültürü deneyimi veya özel kültür ekipmanına sınırlı erişimi olan kullanıcılar sağlar ve yüksek hücre üretimini ya da çok az emek ve maliyetle taşıma çoklu çizgi elde.
<p class = "jove_content"> burada ayrıntılı robot protokoller iPSC üretim ve kullanım, ekonomik olarak üretim için bir yöntem sağlar. Bir avantajı burada ortaya kurulmuş bir plaka bazlı biçimde ölçeklenebilir kök hücre kültürü ve önceden 44,47 – 49 pluripotensini korumak için. Ölçeklenebilir kök hücre kültürü verimi pluripotent hücrelerin diğer formatlar 20,23,29 bu plaka bazlı yöntem adaptasyonu gibi süspansiyon kültür biçiminde esasen hiçbir değişiklik, kimyasal madde veya Rho-kinaz inhibitörü 20 uzun süreli kullanımı köpük önleyici kullanımını gerektirir iken. Kültür koşulları benzer çünkü bu plaka bazlı yöntem, bu nedenle hızlı bir şekilde ve tahmin edilebileceği gibi, yeni çizgiler ağırlayacak. Hastalık modelleme iPSCs kullanımı 4,6,19,50 arttıkça, yeni iPSC çizgileri sürekli olarak üretilir. biçimine üzerine geçiş bariyer l çünkü burada açıklanan teknikler yüksek hacimli ve verimlilik orta kültür yeni hatlar için en uygunah. Bu aynı zamanda sömürgeleri korumak için gerekli emek ve ekipman için de geçerlidir. Biçimi ve taşıma elde ve yönlendirilmiş farklılaşma iPSC hatları, kültür performansını doğrulamak için kullanılan ortam benzer çünkü Son olarak, tahmin edilebilir olması muhtemeldir.Şekil 8, 96 oyuklu plakalar içinde kök hücre üretiminin olarak üretim için bir strateji göstermektedir. Bir tabak (Döngü 0) robot 12 yeni tabaklar, 12 kat artış (1 Çevrim 0) tohum kullanılır. Beslenmenin birkaç gün sonra, oniki plakaları on iki tabak (Döngü 2 Döngü 1) başka bir dizi tohum geçişli olduğunu. Geriye kalan on plakalar diğer kullanımlar için şimdi mevcuttur ve sistemin üretim bileşenini temsil etmektedir. Bu gidişle, bir plaka geçişi 11 tabak her döngü veya 3-4 günde sağlayacaktır. Döngü 3'te Döngü 3. Döngü 2 geçişte görüldüğü gibi birden fazla plakalar geçişli Bu yöntem daha ölçeklendirilebilir, iki tabak vardırHer zaman koloniyi korumak ve 24 yeni plakaları tohum kullanılır. Geri kalan 22 plakaları, her geçiş çevriminden sonra kullanım için daha sonra kullanılabilir. Bakım döngüsü içinde herhangi bir noktada kullanıcı üretimini artırmak için daha fazla tabak tohum yapabilirsiniz. Bir örnek geçişine iki büyüme döngüleri için her sütun olacaktır. birinci geçit on iki plakalara bir plaka dönüştürür, ve on iki plakalarının her biri 144 plakaları tohum için kullanılır. Bu durumda, bir kullanıcı, bir plaka ile başlar ve iki geçit veya kültür yaklaşık 1.5-2 hafta sonra, 144 plakaları yer alır. Örneğin, fibroblast ve adipoz iPSC hatları geçide 96 oyuklu plaka başına yaklaşık 25-75.000.000 hücre hazır olduğunda verim. 144 tabak nedenle yaklaşık 4-7 x 10 9 hücre temsil edebilir.
Robotik 144, 96 gözlü levhalar taşıyan iş yükü nedir? Bu iş için amaçlarından biri hücre kültürü kök geleneksel (yani, 6 plaka) ile karşılaştırıldığında emek azaltılmış ölçeklenebilir kök hücre üretimi oldu. Robot accomplishes bu fiziksel beslenme ve Pasajlanması boyunca her plaka ele ihtiyacını azaltarak. Doğrusal bunun gibi 96-plaka üretim ölçekleri, geleneksel 6-kuyucuğu, bir teknisyen plakaları ile çalışan geçirdiği zaman robotik kültürü kullanarak önemli ölçüde daha az olduğu isterken. Robotik kültürünün üretim verimliliği bu fark (Şekil 9) elde edilir. Bu teknisyenler plaka yaklaşık 3.5 dakika, inkübatör 6 plaka çıkarmak mikroskop üzerinde kontrol, daha sonra aspire ve yem olabilir bulundu. Buna karşılık, teknisyenler yaklaşık 30 sn inkübatör 96 çukurlu bir plaka kaldırma ve robot üzerinde yerleştirmeden önce yoğunluğu ve kirlenme mikroskop üzerinde teftiş geçirirler. Yukarıda tarif edilene benzer genişletilmiş bir besleme protokolü ile, altı 96-yuvalı plakalar, yaklaşık 21 dakika ya da plaka başına 3.5 dakika sürer, yüklenip beslenebilir. Bir tabak beslemek için toplam geçen süre robot arasındaki karşılaştırılabilirTeknisyen robot için altı tabak (plaka başına 30 saniye muayene) işleme sadece 3 dakika harcıyor oysa ic ve manuel yöntemler, ancak elle beslemesine 6 tabak, bir teknisyen 21 dakika için gereklidir. Manuel 8 saat karşı ve robot bir hata plakaları kullanırken veya sıvı transferi yapmak asla Şekil 9 görüldüğü gibi, bir teknisyen robot kullanılarak 144 tabak taşıma geçirdiği zamanı yaklaşık 1.2 saattir.
Burada açıklanan 96-kuyu iPSC kültür yöntemleri karmaşık tarama görevleri için uysal bir platform sağlamaktadır. Her bir göze, genetik olarak aynı ve aynı başlangıç havuzu, aynı yoğunlukta ekildi olduğu için, değişken plaka boyunca dağıtılmış ve koşulları ayrılmasına ilişkin ticari olarak temin edilebilen rezervuarlı robot tarafından korunabilir. Bu gibi kök hücre büyüme ortamı gelişim 34,35,47, alt-tabaka ya da kültür durumu test ve kök hücreleri kullanılarak toksisite çalışmaları gibi deneyler için faydalı olacaktırHer kök hücre çizgisi optimum koloni büyüklüğü ve geçiş şartları açısından benzersiz olduğu için 51. Bir hasat sütunlar, geçişi sırasında mekanik ajitasyon ve besleme frekansı manipüle ederek ekim yoğunluğu, beslenme sıklığı ve geçit işleme modüle bu sistemi kullanabilirsiniz. Bu değişkenler yineleme kullanıcı hızlı bir şekilde yeni hat kültürü için uygun koşullar bir dizi bulmak ya da yeni kültür teknikleri geliştirmek için izin verecektir. Robotik sistem ayrıca 96 paralel ancak bağımsız kök hücre kolonileri korumak yeteneğine sahiptir. IPSC somatik hücrelerden köken veya genetik manipülasyon sonrasında klonlanmış zaman, birçok paralel klonlar potansiyel iPSC hatları elde etmek için taranır. Tek hücre 96 oyuklu plakalar içerisine ekilir sonra bu sistem besler ve her bir koloni tutma kanalı 96 oyuklu plakalar ayrılmış. Bu potansiyel klonları seçerken çok yüksek verim sağlayan ve fiziksel olarak 96 paralel çizgiler kültürleme zorluk ortadan kaldırır. Bu yöntem, aynı zamanda, birbu materyal paralel analiz için hazır böylece llows her klon üretimini büyütülüyor. Son olarak, biz ve tam otomatik kültürün sağlayan inkübatör plakaları sunan robotik plaka kaçakçılığı sistemi ile bu kültürü teknikleri entegre öngörülüyor. Bu, burada açıklanan temel protokoller diğer levha tabanlı sistemlere devredilemez beri büyük genişleme için izin daha karmaşık robotik ile gerçekleştirilebilir.
protokollerde ele ilk kritik adımlar önlemek ve 1.5 ve 4.2 adımları gibi kirlenme kontrol olanlardır. Yukarıda ele alındığı gibi iyi steril bir teknik, genel anlamda kullanılmaktadır Eğer kirlilik, başarılı bir şekilde önlenebilir. Bu belirtilen adımlarda kirlenme ve bu protokolde bunu yapmak için operatör kontrol belirgin kirlenme riskini azaltacağını, ne olursa olsun kök hücre kültürü biçimi, zorunludur. Uygun hücre dışı matris jel uygulaması, ikinci bir ess olduğunuBu protokolün genel başarısı için ential adım. Düzgün 96-iyi plakaları kaplanması olmadan, kök hücreler büyüme olmaz. Bir ortak sorunu eksik kuyu kaplamadır. Deneyim hava kabarcıkları, elektrostatik çekim ve kılcal eylem tam kuyu kaplama engel olduğunu göstermiştir. Ön-ıslatma aşama (1.6) önemli ölçüde de alt kaplama arttırmak için geliştirilen ve atlanır olmamalıdır. Hücre dışı matris jel kaplama eşit şekilde iyi bir tabana ve kenarlara dağıtılmıştır uygulandığında bu ön ıslatma aşaması örneğin, plastik, 96 oyuklu plakanın belirgin hidrofobikliğini indirgemektedir. Ayrıca, bir kez yavaşça da hücre dışı matris jel çözeltisi dağılımını sağlamak için kaplanabilir temiz bir yandan karşı, 96 gözlü levhalar dokunun önerilir. ayrışma parametreleri de optimize etmek için önemlidir. Enzim veya EDTA göre ayrıştırma reaktifi ile genişletilmiş inkübasyon veya geçişi esnasında hedef olabilir de olmayabilir de tek hücreler ile sonuçlanacaktır. Bu nedenle operatörayrışma zamanı, öğütme gücü ve yıkama tekrarı koloni morfolojisi ve sağlığını etkileyebilecek ve buna göre ayarlamak nasıl özel dikkat etmelidir.
Burada anlatılan teknikleri sınırlamaları anlamak başarılı çalışması için büyük önem taşımaktadır. Başka bir hücre kültürü ortamında olduğu gibi, 96 oyuklu plakaların kullanımı, nispeten yüksek bir kirlenme riski sunulur. Yukarıda tarif edildiği gibi, bir teknisyenin besleme ve pasajlama boyunca her plaka taşıma olduğu; Örneğin, kapağını açarken robot yatakta plaka koyarak ve mikroskop plaka kontrol ederken. Adım 1.5 sonra belirtildiği gibi, bu nedenle, bu tür yatakta eğimli ısıtma blok veya dikey pimleri gibi herhangi bir plaka kapağın içini dokunmayın veya herhangi bir potansiyel kontamine yüzeye bu bölümü maruz değil zorunludur. Protokol gelişimi sırasında bu sınırlama keşfetti ve sterilite korumak için plaka kapakları tutmak için bir raf geliştirmek için itici güç oldu. Aynı şekilde, oluk rezervuarlar, pipet uçları ve oçevreye açık ve teknisyen tarafından ele çünkü sıvı taşıma robotu yatakta ther malzemeleri kontaminasyon potansiyel kaynaklarıdır. Bu nedenle, iyi steril bir teknik, maruz kalan kültür malzemeler veya açık sıvılar içinde hareketlerini azaltır gibi uygulanmalıdır. Diğer bir kısıtlama protokolü görsel> 100 96-gözlü plakalar, her kuyu kontrol, şekilde ölçeklendirilir hantal olmasıdır. Bu şüpheli kuyu tespit etmek, görsel gibi bulanık medya gibi kontaminasyon belirtileri için bütün plaka incelenerek ele alınabilir. Gelecekteki olarak üretim için, otomatik bir mikroskop ve hücre büyümesi ve potansiyel kirlenme göstergesinin kullanımı dahil edilecektir.
Özetle, burada açıklanan yüksek verimli 96-gözlü tabanlı platform bir tabak biçiminde kök hücre kültürü ve üretimi için tekrarlanabilir, yüksek sadakat yöntem sunmaktadır. Bu yöntem, hücre kültürü süre kök adanmış gerekli deneyim, ekipman gerekli ve emek süresini azaltırGeleneksel yapışkan kültür avantajlarını muhafaza.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma NIH hibe, R44 GM087784 ve R01 HL109505 tarafından kısmen desteklenmiştir. Yazarlar genişletilmiş teknik destek için, Gilson de INC teknik ve OEM ekibine teşekkür ediyorum.
96-well plates | Corning | 3596 | 96-well; Well volume: 360uL; Cell growth area: 0.32cm2; Individually wrapped |
Seahorse Trough | SeahorseBio | 201308-100 | Reservoir 4 Clear Part Poly Proplene 73Ml 25/Cs |
Gilson Tips | Gilson | F167023 | 10 racks gilson 96tips D200 tips |
DMEM/F12 | Life Technologies | 12500062 | DMEM/F12 powder. Resuspend in 1 L purified, cell culture grade water and sterile filter. |
Growth Factor Reduced Matrigel | Corning | 354230 | Referred to as, "extracellular matrix gel" in the text. Matrigel GFR, 10 mL |
mTeSR1 | StemCell Technologies | 5857 | mTeSR1 Complete Kit for hES Maintenance. |
E8 Media | StemCell Technologies | 5940 | TeSR-E8 Kit for hESC/hiPSC Maintenance |
Y27632 | AdooQ BioScience | A11001-50 | Rock inhinitor Y-27632 2HCI |
Accutase | Innovative Cell Technologies | ACCUTASE | Referred to as, "proteolytic and collagenolytic dissociation reagent" in the text. Accutase 500 mL sterile cell solution |
PBS | Fisher | SH30256FS | PBS w/o CA MG 500 mL, 6/pk |
Gilson PIPETMAX | Gilson | PIPETMAX | http://www.gilson.com/en/AI/Products/13.290/Default.aspx#.VCGwRBZmYSk |