Tradycyjna hodowla komórkowa – ograniczenia i potrzeby

Hodowla komórek in vitro to fundament współczesnych badań biologicznych, toksykologicznych i farmaceutycznych, jednak tradycyjne, ręczne metody pracy z komórkami są czasochłonne, podatne na błędy ludzkie, trudne do standaryzacji i ograniczone pod względem przepustowości. W badaniach przesiewowych (z ang. High-Throughput Screening, HTS), gdzie analizuje się setki lub tysiące związków chemicznych, ręczne podejście staje się wąskim gardłem. Automatyzacja pozwala na przezwyciężenie tych barier, oferując większą precyzję, powtarzalność i efektywność.

Automatyzacja w praktyce – studia przypadków

W firmie InSphero, specjalizującej się w tworzeniu trójwymiarowych modeli komórkowych, automatyzacja umożliwiła produkcję ponad 30 tys. sferoidów miesięcznie. Dzięki zastosowaniu systemu Hamilton Microlab® STARlet oraz specjalistycznych płytek Akura™ (InSphero) możliwe jest prowadzenie złożonych procesów, takich jak: siew komórek w płytkach wiszącej kropli, transfer sferoidów do płytek hodowlanych, wymiana pożywek z użyciem technologii SureXchange™, a także kriokonserwacja i przygotowanie modeli do wysyłki. Efektem wykorzystania automatyzacji jest nie tylko wysoka wydajność, ale też wyjątkowa powtarzalność – zmienność między partiami nie przekracza 5%. Z kolei Oxford Biomedica, lider w dziedzinie terapii genowych, zautomatyzował 10-dniowy proces hodowli komórek do testów integracji wektorów wirusowych. Wykorzystując system Hamilton Microlab® STAR, zintegrowany z inkubatorami Cytomat™, hotelami na płytki i oprogramowaniem CECULA, firma osiągnęła pełne śledzenie próbek i reagentów, możliwość planowania eksperymentów z wyprzedzeniem oraz znaczną redukcję czasu pracy operatora – z 19 do zaledwie 3,25 godziny. Automatyzacja umożliwiła również transfer metody z działu badań i rozwoju do środowiska produkcyjnego zgodnego z wymogami GMP.

Cell Care STAR – kompleksowe rozwiązanie do hodowli komórek

Wśród najnowszych rozwiązań Hamilton Robotics warto wyróżnić system Cell Care STAR – zintegrowaną platformę zaprojektowaną specjalnie z myślą o automatyzacji rutynowych zadań związanych z hodowlą komórek adherentnych. System ten łączy w sobie: robotyczne ramię z pojedynczymi kanałami pipetującymi, zintegrowany inkubator, system obrazowania komórek oraz oprogramowanie Cell Control, które umożliwia planowanie i zarządzanie długoterminowymi eksperymentami. Cell Care STAR został zaprojektowany z myślą o zapewnieniu maksymalnej sterylności (dzięki zabudowie w klasie II bezpieczeństwa biologicznego), precyzji pipetowania oraz możliwości prowadzenia wielu równoległych hodowli. System automatycznie wykonuje takie czynności, jak: zmiana pożywki, pasażowanie komórek, dodawanie czynników różnicujących czy przygotowanie płytek do dalszych analiz. Dzięki integracji z czytnikiem możliwe jest również monitorowanie konfluencji komórek i podejmowanie decyzji o dalszych krokach bez udziału operatora.

Technologie wspierające automatyzację

Automatyzacja hodowli komórkowej opiera się na zaawansowanych technologiach, które umożliwiają precyzyjne pipetowanie, kontrolę środowiska oraz integrację z systemami analitycznymi. Systemy Hamiltona oferują możliwość dokładnego ustawienia parametrów pipetowania, takich jak: prędkość aspiracji i dozowania, głębokość zanurzenia końcówki czy kąt jej nachylenia. Dzięki zastosowaniu końcówek o szerokim otworze możliwe jest bezpieczne manipulowanie sferoidami i organoidami, a technologie CO-RE® i TADM™ zapewniają wysoką dokładność i detekcję błędów. Kontrola temperatury i środowiska pracy odbywa się za pomocą modułów grzewczo-chłodzących, inkubatorów zintegrowanych z systemem oraz systemów filtracji HEPA i lamp UV, które zapewniają sterylność. Obsługa płytek hodowlanych jest wspierana przez moduły przechylające, które umożliwiają delikatną wymianę pożywek bez naruszania struktury komórek. Systemy mogą być również zintegrowane z urządzeniami do obrazowania komórek, co pozwala na bieżące monitorowanie kondycji hodowli.

Korzyści z automatyzacji

Zastosowanie automatyzacji w hodowli komórkowej przynosi szereg korzyści. Przede wszystkim pozwala na znaczące zwiększenie przepustowości, umożliwiając obsługę setek płytek dziennie. Dzięki eliminacji błędów ludzkich poprawia się powtarzalność wyników, co jest kluczowe w badaniach przesiewowych i toksykologicznych. Automatyzacja pozwala również na oszczędność czasu i kosztów, ponieważ operatorzy mogą skupić się na analizie danych, a nie rutynowych czynnościach. Co więcej, systemy te są zgodne z regulacjami prawnymi, oferując pełną śledzalność i audytowalność procesów. Integracja z systemami analitycznymi, takimi jak qPCR, LC-MS czy FACS, umożliwia kompleksową analizę danych w jednym zautomatyzowanym przepływie pracy.

Przyszłość automatyzacji hodowli komórkowej

Automatyzacja nie kończy się na pipetowaniu. Przyszłość tej dziedziny to: zautomatyzowana kriokonserwacja i rozmrażanie modeli komórkowych, integracja z algorytmami sztucznej inteligencji do analizy obrazów komórkowych, automatyczne systemy decyzyjne do selekcji kolonii oraz rozwój modeli wielonarządowych i personalizowanych terapii. Dzięki tym innowacjom możliwe będzie jeszcze dokładniejsze odwzorowanie warunków in vivo i prowadzenie badań na niespotykaną dotąd skalę.

Podsumowanie

Automatyzacja hodowli komórkowej to nie tylko technologia – to strategia umożliwiająca prowadzenie bardziej zaawansowanych, powtarzalnych i skalowalnych badań. Dzięki niej możliwe jest przyspieszenie procesu odkrywania leków, poprawa jakości danych i zwiększenie efektywności laboratoriów. Firmy, takie jak InSphero i Oxford Biomedica, pokazują, że inwestycja w automatyzację to inwestycja w przyszłość nauki i medycyny. Systemy, takie jak Cell Care STAR, stanowią przykład nowoczesnych, kompleksowych rozwiązań, które łączą automatyzację, sterylność i inteligentne zarządzanie eksperymentami w jednym, kompaktowym środowisku.

Autorka: Dr Anna Rynkowska, Senior Product Manager w Analityk Genetyka