类器官和球状体被证明是药物靶标发现和筛选的有用工具。扩大类器官生产、培养和测定的能力在其广泛实用性中非常重要。自动化不仅是提高产量的关键，也是提高一致性和降低制造和使用过程中人为错误风险的关键。我们之前已经证明，使用机器人BioAssembly™平台，贴壁细胞可以自动传代，细胞悬液可以分配到多个孔板中，并且可以自动制造，培养和测定先进的3D组织模型[1]。在这里，我们进一步演示了该平台的自动化肿瘤球状体工作流程。该工作流程包括将含有肿瘤球状体的基质胶®圆顶形成到96孔板的孔中;在集成的模块化培养箱（™）中孵化;进行日常培养基更换;并通过分子器件 ImageXpress® 共聚焦 HT.ai 高内涵成像系统的自动化界面执行日常成像。在分析中，我们将自动化系统管理的培养物中的球状体形态与由专家标准手动实践管理的球状体形态进行了比较。
生物装配™自动化平台
图1：带有集成扫描仪（ImageXpress®）和模块化培养箱（BioStorageBot™）的BioAssembly™平台。
BioAssembly™平台（图1）由Advanced Solutions的）组成，包含一个6轴机械臂，能够利用各种可互换的生物打印，流体分配，材料移动和组织制造工具。此外，我们的模块化BioStorageBot™培养箱和Molecular Devices的ImageXpress®共聚焦 HT.ai 高内涵成像仪被集成在一起，以完成该应用的制造平台。对于这种特定的球体工作流程，该平台采用了™（BAB手™）|移液器，BAB 手™ |拾取和放置，以及模块化试管、移液器吸头、冷却和移液站。所有这些组件和完成工作流程的操作任务，包括不同仪器之间的自动通信，都由我们用户友好的™软件控制，该软件是一个连接、控制和指示平台执行工作流程中每个步骤的软件平台。
对于这种自动化工作流程（图2），通过将HCT-116结直肠癌细胞（ATCC）以每孔2，000个细胞的浓度接种到非贴壁V底板上，手动形成肿瘤球状体。24小时后，将球状体悬浮在80%基质胶®（一种肿瘤细胞衍生的细胞外基质）中，常用于通过提供3D环境和生物线索来支持球状体培养物。将每96μl冷基质胶®中的250个球体悬浮在无菌管中，并放置在平台内的冷却站内。
图 2：使用 BioAssembly™ 平台自动化的球状体工作流程的各个方面。
图 3：球体/基质胶®圆顶示例的俯视图相位图像，类似于研究中使用的圆顶，显示成功（用复选标记表示）和不成功（用 X 表示）圆顶。
使用 BAB 手™ |移液器，BAB400从冷冻管中吸出，然后将5μl球体/基质胶悬浮液分配到96孔板的孔中心，以在每个孔的底部形成可识别的圆顶。仅使用板的中心孔以避免外孔的已知边缘效应（外孔填充有缓冲液）。成功的操作包括形成可识别的圆顶，这些圆顶没有扩散到井底的薄圆盘中（图3）。由此，当通过BAB81分配时，25.400%的孔包含可辨别的圆顶，而由经验丰富的科学家手动分配时为72.0%。
分配后，10分钟的等待期允许基质胶®圆顶凝胶凝胶，然后将50μl培养基加入每个孔中，然后转移到BioStorageBot™进行培养。BAB400 分配圆顶并在 10' 40“ 中添加介质，而手动执行时相同数量的圆顶为 15'。每天，在肿瘤球状体BioApp™的管理下，BioAssembly™平台自动执行培养基交换，并通过ImageXpress®共聚焦 HT.ai 高内涵成像仪进行透射光图像采集（图4）。对于培养基交换，将板转移到平台内的模块化倾斜平台，该平台以一定角度固定孔板，类似于手动移液时有人以倾斜方式握住板，从而可以从每个孔中更完全地去除培养基，而不会干扰中心的Matrigel圆顶。
图 4：使用 ImageXpress® 扫描仪与 BioAssembly™ 平台协调在 3 天内自动生成的圆顶透射光图像。插图是第 0 天和第 3 天选定球体的放大视图。
工作流结果
根据每日图像，确定单个球体的平均尺寸约为手动接种的球体直径的一半，而BAB400电镀的球体直径（图0中的第5天值）。还有人指出，手工形成的每个圆顶中平均存在6.2±2.8个球体，而BAB2形成的每个圆顶中平均存在0.1±2.400个球体，这是基于播种密度的预期数量。综合起来，这表明球状体是通过手动操作（可能是通过不一致的移液速率）破碎的，但不是通过BioAssembly™平台。随着时间的推移，两组中的球体总直径稳步增加（图5）。
图 5：培养物中随时间变化的球体尺寸。单个球体直径的平均值是根据ImageXpress®扫描仪每天在手动和自动工作流程中获取的每日透射光图像确定的。自动化工作流程的球体直径明显大于手动工作流程的球体直径（p ≤ 0.01，曼-惠特尼检验）。
图 6：通过手动和自动分液接种的微球的生长速率。在统计上没有差异。
微球生长速率的计算表明，对于两个工作流程，单个微球的大小以相似的速率增加（图 6）。
培养3天后的球状体活力 。在统计上没有差异。
为了评估类器官活力，在自动化系统或有经验的用户培养三天的球状体中测量ATP产量（CellTiter Glo）。根据每个孔的发光值计算活力指数，将其归一化为每孔的球体数和该孔内的平均球体尺寸（直径）（图7）。虽然与手动管理的球体相比，自动管理的球体的活力指数明显更高，但这种差异在统计学上并不显着。
总结与讨论
在这里，我们展示了一种自动化工作流程，其中结直肠癌球状体的培养物通过BioAssembly™平台自主建立，维护和成像。该工作流程需要所有必要的操作，包括形成容纳球体的基崔胶®圆顶以及与外围仪器（在此特定用例中，Molecular Devices 的 BioStorageBot™ 培养箱和 ImageXpress® 共聚焦扫描仪）接口。重要的是，球体圆顶在工作流程期间没有损坏，包括每天更换培养基，从而始终如一地获得预期的球体尺寸和每孔数量。
自动化平台的核心是BioAssemblyBot® 400，这是一种用于高精度制造的6轴机械臂，安装在一个特别适合制造，操纵和制造生命系统的框架内，包括球体/类器官和先进的3D组织模型。通过通用接口，该臂可以利用各种末端执行器工具（BAB Hands™）来执行各种任务和操作，具体取决于应用。这种功能灵活性由用户通过称为BioApps™的直观软件界面进行管理，为用户提供了执行自动化或半自动化工作流程的相当大的自由度，无论其复杂程度如何。虽然目前的应用涉及板管理（到多个操作位置/工作站）和精确移液，但其他应用包括3D生物打印，细胞图案化和逸散性成型等。
导致准备好的球状圆顶板的组合任务，包括分配圆顶、凝胶（10'等待）、将介质分配到圆顶、将缓冲液分配到空的外孔以及转移到 BioStorageBot™ 培养箱需要 26 分 46 秒。将圆顶板移入和移出BioStorageBot™以进行介质交换以及往返于ImageXpress®扫描仪的日常任务需要13分40秒（不包括扫描时间），总共40分26秒。手动执行时，整个工作流程耗时 41 分 24 秒（29 分钟 + 12 分 24 秒）。除了自动化节省的时间外，微球没有损坏，每个圆顶的球体数量和大小都达到了预期，并且圆顶形成的一致性得到了改善。
虽然我们专注于常规培养过程中的球体大小和数量（即未经处理），但BioAssemblyBot® 400可以自主地与ImageXpress®共聚焦 HT.ai 分子设备的高内涵成像系统结合使用，从而实现更先进的检测和检测读数，例如药物治疗后的高内涵分析。此外，虽然本研究使用了单板，但机械臂的移动和材料传输能力很容易适用于输送机和堆垛机解决方案，用于涉及多个板的连续球体相关操作，从而提高吞吐量。
引用
- Moss，S.M.等人，使用点，补充了人类脂肪微血管的3D人类肝脏模型的自动制造。斯拉斯迪斯科夫，2022 年。
需要技术文献，请联系董先生 13215512868返回搜狐，查看更多
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