引言

目前，細胞培養操作中持續存在的質量和可重復性問題仍是重大挑戰，導致生物學和生物醫學研究中時間和寶貴資源的浪費。自動化通過顯著提升可追溯性、標準化并減少人為錯誤，有效降低了當前可重復性危機背后的風險。Hamilton Cell Care STAR專為標準化的細胞維護工作流程而設計，確保細胞在每周的每一天都能以相同且可重復的方式進行處理。實驗數據和記錄通過Cell Control軟件進行報告；該軟件提供用戶友好的界面，并在后臺管理多種不同的細胞培養應用。在此，我們展示了基于Cell Control軟件兩種工作流程（工作步驟）的細胞培養自動化優勢：“擴增"和“接種"。通過多種可調節參數，這些操作步驟使用戶能夠將單個24孔培養板中的細胞擴增到多個24孔目標板中，或將其接種到96孔板中以設置實驗。

與手動操作相比，自動化細胞接種和擴增在24孔板和96孔板格式中均顯著降低了孔間變異性。標準化方法（“工作步驟"）和參數可調整且可追溯，確保實驗的一致性。用戶友好的Cell Control軟件只需點擊幾下即可進行調度，并提供可靠的時間和資源管理，將用戶干預降低。

24孔板擴增

圖：24孔板擴增工作流程。將24孔培養板中的細胞脫落并轉移至多個（2-20個）24孔目標板中，轉移比例由用戶自定義，隨后進行全自動成像和數據分析。

24孔板接種

圖：24孔板接種工作流程。將24孔培養板中的細胞脫落并轉移至多個（2-20）96孔目標板中，其中24孔板的1個孔對應96孔目標板的4個孔。使用用戶定義量的細胞懸液進行接種，隨后進行全自動成像和數據分析。

向自動化細胞培養系統過渡不僅僅意味著優化細胞自動化工作流程——Cell Care STAR確保了高度的一致性和自主性，從而將細胞培養標準化提升到了一個新的水平。

HeLa細胞（Sigma-Aldrich，93021013）在標準組織培養條件下在補充有10%FBS（Gibco，A5256801）的高糖DMEM（Gibco）（L0101-500）中培養。實驗前一天，使用Cell Care STAR工作步驟“從槽中接種"將細胞接種到條形碼的24孔板（Greiner，662160）中，并使用Cytation 1成像儀和Gen5軟件（安捷倫）的細胞分析工具確定細胞融合。僅選擇細胞融合為60%至80%的培養板用于實驗。整個“擴增"和“接種"過程在Cell Care STAR系統上自動完成，而為了進行比較評估，該過程由一位經驗豐富的操作員手動完成。HeLa細胞用PBS（Fisher Scientific，153736631）洗滌一次，然后在+37°C下用0.05%胰蛋白酶-EDTA（Fisher Sciences，25300104）分離4分鐘，然后在1000 rpm下振蕩2分鐘。胰蛋白酶用兩倍體積的培養基中和，細胞懸浮液通過移液混合。對于細胞擴增，將一個24孔板中的細胞轉移到五個24孔板中，分裝比例為1:5。在細胞接種時，將50μL細胞懸液轉移到每個孔中，共使用三個96孔板（Thermo Fisher,181736）。手動操作時使用多通道移液器，條件與上述相同。

Cell Control 軟件

Hamilton Cell Control軟件是專門為在幾天或幾周內自主管理復雜的細胞培養維護工作流程而開發的。其直觀易用的界面支持通過簡單點擊即可完成批次設置（包含多個操作步驟）、試劑補給以及消耗量估算等功能。每個工作步驟均包含一組可調整的參數（例如胰蛋白酶孵育時間、傳代比例、培養基體積等），可根據不同細胞系的特性進行精細調整。

圖:Hamilton Cell Control軟件的概述選項卡，突出顯示了其主要功能。

圖：Hamilton Cell Control軟件的批次概述界面。每個批次的工作步驟均可單獨安排，且每個步驟均包含一組可調整的參數。

技術

Cell Care STAR配備二級生物安全柜，確保樣本、人員及環境的安全。其集成的細胞培養箱、培養板儲存系統及溫度可控的臺面儲存空間（例如+10至+40°C）可存儲試劑和培養板，提供自主操作。該設備配備兩個傾斜模塊和兩個加熱震蕩器，可同時處理兩個細胞培養板。細胞脫落過程可定制，使細胞傳代操作能夠適應不同細胞系的需求。集成的Agilent Cytation 1 Reader和Gen5軟件允許設置用戶定義的分析方法，用于基于細胞的檢測和生長監測。通過 Hamilton Cell Control軟件，可輕松安排工作流程，該軟件提供用戶友好的界面，實現快速高效的流程規劃。該軟件內置11種預先編程、測試并驗證的即用型方法，適用于6孔、24孔和96孔板格式。Cell Care STAR使用戶能夠以自動化、可追溯和可調節的方式進行一般的細胞培養維護和準備大規模實驗（例如基于細胞的檢測），并且具有非常高的標準化水平。使用AutoStart功能，可以最大限度地延長無人值守時間，使周末工作變得不必要。

結果

將HeLa細胞擴增到五個24孔板中或接種到三個96孔板上，并使用來自不同傳代的細胞在三個生物復制品中測量細胞融合度。為了評估重復性，計算了同一培養板內不同孔位之間細胞融合度的變異系數（CV），以及不同培養板之間平均細胞融合度的變異系數（CV）。Cell Care STAR系統進行的自動化細胞培養操作與經驗豐富的操作員進行的手動處理相比，在將細胞擴增至24孔板（p<0.05）和接種至96孔板（p<0.001）時，孔間變異性顯著降低。目標板之間平均細胞融合的CV值相當，且在自動化操作與手動操作之間無顯著差異。

擴增：從24孔擴增至5×24孔

圖：將24孔板中的HeLa細胞轉移至五塊24孔板中，其中兩塊使用Cell Care STAR（上）轉移，另三塊由用戶手動轉移（下），并在24小時后進行成像（A）。圖中顯示了細胞培養板內各孔之間細胞融合度的變異系數（B）以及三組生物重復（n=3）中各板之間平均細胞融合度的變異系數（C）。***表示在采用非配對學生t檢驗的組間比較中，p<0.001具有統計學意義。

接種：24孔板至3×96孔板

圖：將24孔板中的HeLa細胞轉移至三個96孔板中，其中一部分使用Cell Care STAR（上）轉移，另一部分由用戶手動轉移（下），并在24小時后進行成像（A）。圖中顯示了細胞培養板內各孔之間細胞融合度的變異系數（B）以及三份生物重復實驗中各板之間平均細胞融合度的變異系數（C）（n=3）。*表示采用非配對學生t檢驗后，組間差異具有統計學意義（p<0.05）。

討論/總結

基于細胞的實驗在制藥和生物醫學研究中的使用正在迅速擴大，對細胞培養標準化、數據質量和更高通量的改進需求也在增加。Hamilton的Cell Care STAR是即用型解決方案，旨在通過優化許多常見的細胞培養維護工作流程來滿足這些需求。通過利用Cell Care STAR的“擴增"和“接種"工作步驟，我們證明了自動化能夠顯著提升細胞接種的準確性，與經驗豐富的研究人員的手動操作相比，自動化可減少培養板內孔間變異性。通過自動化實現數據質量的提升，是通過精準的液體處理技術，結合關鍵細胞處理步驟（如移液速度、細胞混合周期、胰蛋白酶孵育時間、細胞脫落以及細胞在培養箱外停留時間）執行過程中的低變異性共同實現的。此外，Cell Control軟件可實現對所有細胞操作步驟的自動追蹤，從而幾乎杜絕實驗或樣本混淆的可能。此外，該軟件還支持在最佳時間點規劃并執行細胞維護步驟、細胞實驗設置以及細胞檢測，且全程無需人工干預——無需實驗人員在場即可完成操作，確保實驗在需要時而非僅在方便時執行。Cell Care STAR 能夠處理約20個細胞培養板，將約8個細胞培養板擴增至40個，并能夠從8個細胞培養板中無需人工干預地接種80個96孔板，具體取決于體積設置和細胞培養板格式。Cell Care STAR的日程安排按照優先級順序并根據用戶的決定在日程安排的當天執行工作步驟。