破解传统细胞培养难题—创新的CM20细胞培养监控系统

2022-02-28 16:12:18, OLYMPUS生命科学奥伟登光学科技（上海）有限公司

本文作者：Forest Hill

最近小编和奋战在科研一线的老同学刘博士聊天时，刘博表示最近很郁闷。自己原本前不久辛辛苦苦养了几周的细胞，做了实验后获得了能够验证自己猜测的结果，本想再重复一次获得一个更漂亮更具有说服力的数据，结果却没能重复出来......

实验的可重复性对于生物研究来说确实是一个老生常谈的话题。Nature杂志也曾对1576名科研人员进行网络调查，结果显示，超过70％的科研人员无法重复他人的实验结果，超50％无法重复自己的实验结果*1。

而生物研究结果的可重复性较之物理化学等学科难度更大。但是可重复性以及可重复性的证据一直以来都是实验结果可靠性的重要证明，尤其是最近科研工作者甚至是科技爱好者对实验结果的可靠性也越来越关注。

图1 Nature曾对1576名科研工作者做的可重复性调查统计

而对于生物研究中需要培养细胞的研究，实验的可重复性通常更是一项挑战。因为细胞不同的数量、状态等都会对精细的生物实验的结果造成影响。为了解决这一问题，Nature杂志在同一篇文章中也提出了“更出色的实验设计”以及“更优化的统计”作为对策。然而，在落实该建议时，如何获取所需的定量数据让研究人员感到疲惫不堪。

为解决这一问题，我们研发出了CM20细胞培养监控系统，可以采集细胞培养的定量数据，从而提高实验的可重复性，也减轻了研究人员采集数据的负担。

传统难题:

细胞培养阶段难以获得定量数据

在传统的细胞培养流程中，每次细胞数量的获取都需要操作人员进行手动计数。并且细胞培养质量判断和操作时间安排，比如细胞何时传代、什么样的状态以及多少数量的细胞可以收获然后用于下面的实验等，都由操作人员以主观方式判断，但由于判断标准不同，便会造成不同操作人员之间的实验结果差异很大。此外，在采集细胞定量数据时，需要取出一部分样品，缺乏以无损且无污染的方式测量大量数据的实用工具。

图2 传统的细胞培养流程难以获得定量数据且存在较大个体主观差异性

我们的解决方案: 使用CM20细胞培养监控系统采集定量数据

由于CM20细胞培养监控系统无需将细胞样品从培养箱中取出，即可实现自动稳定的观察，因此，无需研究人员干预就能够采集到定量数据。

CM20还可根据采集的图像自动测量细胞数量获得细胞的生长曲线，并计算作为细胞增殖能力指标的倍增时间。

图3 奥林巴斯CM20系统针对传统细胞培养痛点的解决方案

图4 使用CM20采集MSC(间充质干细胞)图像并进行细胞计数

图5 CM20可对六孔板中培养细胞的生长状况进行监测并同步获得细胞生长曲线等定量数据

应用案例：

利用CM20证实HUVEC传代后的细胞增长率与分化诱导之间的关系，且实验结果高度可重复

以下为成功利用CM20细胞传代定量数据进行质量评估的示例。在人类脐静脉内皮细胞（HUVEC）传代培养过程中，使用CM20采集到大量图像，并分析细胞形态和倍增时间。

我们发现，HUVEC传代培养过程中的倍增时间与其血管生成潜力密切相关。

在本研究中，已经证明HUVEC在第8次传代后倍增时间最长，是增殖能力发生变化的地方，并具有较好的血管生成潜力。因为整个细胞培养是在CM20的监测下进行的，所以HUVEC传代后的状态数量都被以同一的标准采集并识别分析，因此具有高度可重复性。

（本结果使用CM20原型系统获得*2 ，有关实验详细信息，请参阅《科学报告》相关论文)

图6（a）不同传代次数后的细胞形态：每次传代记录图像数据（b）传代次数与细胞增长率之间的关系：其显示了HUVEC第8次传代时的增长率发生明显变化（c）HUVEC的血管生成潜力和传代次数：在P7处较成功的血管生成，在P12处显示较差的血管生成

参考文献：

*1) Monya Baker，“1,500名科学家揭开重现性序幕”，《自然》杂志533，452–454（2016年5月26日）

*2) Tatsuya Osaki，Tatsuto Kageyama，Yuka Shimazu，Dina Mysnikova，Shintaro Takahashi，Takimoto Shinichi和Junji Fukuda，“用于稳定细胞培养的平板式epi浮雕相衬细胞监控系统”，《自然科学报告》 ISSN 2045-2322（在线版）（2017年5月15日）

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