ImageXpress成像系統(tǒng)：推動3D生物打印自動化

2023年1月12日，南極熊獲悉，硅谷實驗室設(shè)備制造商Molecular Devices與生物打印公司Advanced Solutions Life Sciences合作開發(fā)用于藥物發(fā)現(xiàn)的3D生物學(xué)自動化技術(shù)。



作為商業(yè)合作伙伴關(guān)系的一部分，Molecular Devices 將銷售 Advanced Solutions 的生物打印平臺BioAssemblyBot 400 (BAB 400)，這是一種智能六軸機械臂，生命科學(xué)家使用它來構(gòu)建具有更高吞吐量和精度的3D模型系統(tǒng)，從而減輕與生物打印相關(guān)的常見的手動工作流程。得益于新的合作伙伴關(guān)系，BAB 400 包括對 Advanced Solutions 現(xiàn)有生物打印平臺的特定增強，幫助生命科學(xué)家進(jìn)行藥物開發(fā)，具有大規(guī)模制造一致性、打印復(fù)雜的類器官模型的能力。BAB 400 的最大賣點之一是它與 Molecular Devices 專有的ImageXpress Confocal HT.ai 高成像系統(tǒng)無縫集成，創(chuàng)建一個完全優(yōu)化的自動化工作流程。


△BioAssemblyBot 400 是生命科學(xué)家用來構(gòu)建生物結(jié)構(gòu)的智能機器人。

全新的ImageXpress Confocal HT.ai 高成像系統(tǒng)專為 3D 成像而設(shè)計。該系統(tǒng)提供八個高功率激光激發(fā)通道和自動水浸物鏡，可在不犧牲速度的情況下提高信號和測定靈敏度。具有五個針孔幾何形狀選項的旋轉(zhuǎn)圓盤共聚焦技術(shù)可減少離焦光的霧度，從而實現(xiàn)更深的類器官穿透并提高軸向分辨率。對于復(fù)雜的 3D 生物學(xué)分析，IN Carta 圖像分析軟件提供了一個簡化的工作流程，具有強大的基于深度學(xué)習(xí)的分割、基于機器學(xué)習(xí)的分類和 3D 體積分析。

該公司聲稱，ImageXpress 旨在幫助研究人員推進(jìn)3D類器官模型的制造，提供更快的圖像采集和多路復(fù)用靈活性與高性能激光器。該系統(tǒng)配備了遵循生命科學(xué)解決方案的機器學(xué)習(xí)圖像分析軟件，并通過該品牌的機器學(xué)習(xí)IN Carta 圖像分析軟件提供支持，以完善類器官開發(fā)、篩選等工作流程。

Molecular Devices 總裁 Susan Murphy 表示，當(dāng)手動過程和手動技術(shù)產(chǎn)生混合結(jié)果、浪費時間和資源時，研究人員正在尋找一種更好的方法來開發(fā)和篩選類器官。因此，與像 Advanced Solutions 這樣的創(chuàng)新者合作可以為我們的客戶解決這些痛點。ImageXpress 細(xì)胞成像系統(tǒng)和 BAB 400 提供了一個自動化平臺，能夠以更高的通量提高 3D 細(xì)胞培養(yǎng)的質(zhì)量和活力。

類器官篩選工作流程：
1. 2d 預(yù)培養(yǎng)——從 iPSC 衍生細(xì)胞或原代細(xì)胞（腸、肺或腦）中預(yù)培養(yǎng)類器官
2. 開發(fā) 3D 類器官——將細(xì)胞轉(zhuǎn)移至 24 孔板，然后置于培養(yǎng)箱中以促進(jìn)細(xì)胞生長并分化為 3D 特定組織
3. 類器官培養(yǎng)——類器官培養(yǎng)過程需要多個步驟和不同的媒體交換
4. 監(jiān)測類器官的生長和發(fā)育——監(jiān)測和表征類器官以進(jìn)行復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)和分化分析
5. 共聚焦成像和 3D 分析——用于研究疾病表型和復(fù)合效應(yīng)的多個定量，進(jìn)行可視化和表征分析

像自組織類器官這樣的 3D 細(xì)胞模型可以加快藥物發(fā)現(xiàn)過程并降低臨床試驗的失敗率，因為它們具有更人性化的生物學(xué)相關(guān)結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)、工作流程和專業(yè)知識，目前的類器官具有高度可變性，從而破壞分析的可靠性。Molecular Devices 在全自動外殼中向客戶承諾，BAB 400 的六軸機械臂使用范圍廣泛的可互換 BAB 手來系統(tǒng)地復(fù)制類器官，而 ImageXpress Confocal HT.ai 系統(tǒng)為建模和篩選過程提供高內(nèi)涵信息細(xì)胞成像信息以提高精度。


△BAB400 與 Molecular Devices 的 ImageXpress Confocal HT.ai 無縫集成，完善了集成的類器官工作流程。圖片由 Molecular Devices 提供。

BAB 400 的一些主要優(yōu)勢包括開發(fā)新藥物靶標(biāo)、提高 3D 細(xì)胞培養(yǎng)的活力以及提高集成工作流程的靈活性。此外，BAB400 的六軸機械臂的精度超過了人類生物打印、提取生物和完成復(fù)雜測定的技能，同時減少了人為錯誤、可變性和成本。該技術(shù)自動化的另一大好處是研究人員只需要添加他們的生物材料并按下“開始”鍵即可，因此BAB將使打印過程自動化，例如類器官分配和生物打印。

Advanced Solutions 總裁兼首席執(zhí)行官 Michael Golway 表示：“將BAB 400靈活而可控的特性與ImageXpress的圖像質(zhì)量和速度相結(jié)合，可以在獨特的集成和高效過程中自動進(jìn)行高內(nèi)容 3D 模型研究。共同使用戶能夠以前所未有的方式快速設(shè)計、開發(fā)和成像復(fù)雜的類器官，有望提高療效和毒性結(jié)果，為更多新療法的成功奠定基礎(chǔ)�！�


△Molecular Devices ImageXpress Confocal HT.ai 高內(nèi)涵成像系統(tǒng)與 IN Carta 圖像分析軟件配對。圖片由 Molecular Devices 提供。

BAB 400 和集成的 ImageXpress 細(xì)胞成像系統(tǒng)可供北美和歐洲的客戶使用，是現(xiàn)代生物學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)實驗室的理想選擇，能夠同時編譯并生成人造組織中具有不同來源和功能的細(xì)胞類型，旨在振興未來的生物醫(yī)學(xué) 3D 器官和組織工程，特別是再生療法、藥物篩選和疾病建模領(lǐng)域。

BAB 400 最初由 Advanced Solutions 于 2015 年發(fā)布，正在幫助世界各地的實驗室構(gòu)建生物結(jié)構(gòu)：
●例如，美國退伍軍人事務(wù)部的VA Ventures項目正在研究名為 BioBone的3D 打印活骨替代物，并使用 BAB 生物打印機從患者自身的細(xì)胞中 3D 打印結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)隨后可以血管化為活骨。

●在法國，里昂大學(xué)生物化學(xué)系的 Christophe Marquette 教授也在利用該技術(shù)開發(fā)結(jié)合機器人技術(shù)和 3D 生物打印的新型手術(shù)技術(shù)。

●Organamet Bio的首席執(zhí)行官 Doris Taylor 博士正在使用BioAssemblyBot開發(fā)一種突破性的方法，使用患者自己的干細(xì)胞來設(shè)計個性化心臟。

●在與 Molecular Devices 建立最新合作伙伴關(guān)系之前，BAB 400 還與其他實驗室設(shè)備無縫集成，如Cytiva 的 IN 細(xì)胞分析儀，據(jù)該公司稱，未來有更多集成的計劃。