细胞培养监测系统

细胞培养基是人工模拟细胞在体内生长的营养环境，是提供细胞营养和促进细胞生长增殖的物质基础。培养液或培养基的含义几乎相同，英文都是medium。当它是粉剂时，倾向性地称为培养基，而将粉剂配成液体后，多称为培养液。培养液中常常补加血清、抗生素等成分。培养基主要包括天然细胞培养基、合成细胞培养基和无血清细胞培养基等。细胞培养基的质量标准和检测方法澄清度水是细胞培养基的溶剂。细胞培养基中的营养成分只有完全溶解于水才能被细胞吸收摄取，细胞才能生长增殖，因此细胞培养基是否溶解以及培养液是否透明澄清直接影响培养基使用。该项目是通过对水溶解后的细胞培养基的澄清度检查，判断细胞培养基的澄清度。 按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅸ B进行。pH 值哺乳类动物细胞生长需要合适的酸碱度，pH过高或者过低都会导致细胞死亡。pH值的测定也可以检查细胞培养基的批间差。清大天一标准规定取规定量供试品，用注射用水（水温20℃-30℃）溶解至1L，加入规定量碳酸氢钠到上述溶液中，用与细胞培养基溶液pH值相近的两点标准缓冲液校准后的酸度计进行测定。按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅵ H进行；加入规定量的碳酸氢钠到上述溶液中，按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅵ H进行干燥减量的质量分数细胞培养基具有吸湿性，在空气中放置水分会很快升高，干燥减量的质量分数表示产品中含湿量。细胞培养基是有菌制剂，其丰富的营养成分有利于微生物生长，控制细胞培养基中的水分可以防止微生物的繁殖，保持细胞培养基的养分。按中华人民共和国药典2005 年版二部附录Ⅷ L 干燥失重测定法进行。渗透压溶剂通过半透膜由低浓度向高浓度溶液扩散的现象称为渗透，阻止渗透所需施加的压力，称为渗透压。细胞必须生活在等渗环境中，动物细胞借助K＋、Na＋维持渗透平衡。大多数细胞对渗透压有一定的耐受性。但是培养液渗透压过高容易使细胞脱水wei缩，培养液渗透压过低容易使细胞膨胀破裂，因此要控制培养基的渗透压范围。按中华人民共和国药典2005 年版二部附录Ⅸ G 渗透压摩尔浓度测定法进行。细菌内毒素细菌内毒素是许多病原性细菌所产生的毒素。它的特殊性在于不是细菌或细菌的代谢产物，而是细菌死亡或解体后才释放出来的一种具有生物活性的物质。培养基细菌内毒素过高，对生物制品疫苗（如狂犬、乙肝疫苗）、基因工程药品等注射用的药品都需要检查细菌内毒素。 因此本项目的检验符合生物制品质量控制要求。常规细胞培养基的细菌内毒素标准定为＜10 EU/ml。称取本品规定量（见表4-12）的1/100，加入细菌内毒素检查用水10 mL溶解，吸取该溶液0.1 mL加细菌内毒素检查用水3.9 mL，混匀即得试样。按中华人民共和国药典2005 年版二部附录Ⅺ E 细菌内毒素检查法中的凝胶法进行。微生物限度细胞培养基不是无菌产品，其中的微生物在一定条件下会吸收细胞培养基中的营养物质滋生繁殖，导致细胞培养基变质失效。控制细胞培养基中细菌和霉菌，是延长细胞培养基有效期的方法之一。清大天一在参考《中华人民共和国药典》2005版二部附录第100页的口服给药制剂的微生物限度标准，并严于该标准，规定细胞培养基产品的细菌数每1g不得超过200个，霉菌数每1g不得超过50个。称取样品1 g，加入无菌纯化水10 mL溶解，混匀即得试样。按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅺ J 微生物限度检查法进行，检查项目为细菌数、霉菌数。检查法采用平皿法。细胞生长试验这是一个性能特性表述的要求。细胞培养基的功能就是培养哺乳类动物细胞，因此经过细胞培养效果的检验是产品质量优劣的直观表述，这也是很多生物制药用户要求的一项指标。目前国内尚无细胞培养和计数的法定方法，可参考《体外培养的原理与技术》中细胞计数fa论述的内容给出。按产品说明书配制培养液进行细胞培养，前四天用含10％小牛血清的培养液培养，观察细胞形态并计数，检查细胞培养基是否有促生长的能力。后三天用不含小牛血清的培养液维持培养，观察细胞形态并计数，检查细胞培养基中是否有不利细胞生长的毒素。本试验用细胞为VERO细胞。细胞培养液的储存，细胞培养液的储存条件一般为2－8℃、密闭、避光保存，但要注意如下几点：1） 过滤后的完全培养液，即添加了血清、谷氨酰胺、抗生素等的培养液要尽快使用，一般在2－3周内使用完。培养液中的L-谷氨酰胺是不稳定的，不同温度L－谷氨酰胺的降解。2） 灭菌后的未加L-谷氨酰胺等添加剂的培养基溶液，一般可在4℃保存6～9个月，也可冷冻保存，用时解冻3） 高压除菌后的培养基应置4℃保存，不能因为其可耐受高温而忽略储存温度。4） 添加某些生长因子、激素等添加物，可能会改变培养液的储存条件，比如温度、时间等方面的要求

人类诱导多能干细胞 (hiPSC) 是一类通过基因编辑技术（如 CRISPR-Cas9）对已经高度分化的人体细胞重新逆分化得到的多能性干细胞。hiPSC的出现为科学家构建复杂的疾病模型和推进药物发现提供了有利的工具。 然而，传统的hiPSC细胞系的构建与培养过程往往操作复杂且耗时耗力。特别是从异质编辑细胞池中构建的克隆hiPSC系的培养受到了传统细胞培养方法的桎梏，很难构建一个高效的hiPSC构建与培养工作流程。此外，现有的单细胞分离和培养方法通常对细胞的处理条件苛刻，操作步骤繁琐，不能充分保证单克隆性。 为应对hiPSC细胞系构建与培养过程中的诸多挑战，IotaSicences公司采用了以GRID技术为核心的高度自动化的单细胞可视化分选培养系统isoCell来构建 hiPSC系的分选与培养平台，并在不同培养基条件下对hiPSC进行了单细胞分选与培养研究。图1 单细胞可视化分选培养系统isoCell实物图 以isoCell为核心的hiPSC细胞分选与培养平台 isoCell是一款基于GRID技术的高度自动化细胞分选与培养平台。GRID是指在细胞培养基上采用FC40液体分隔出的网格小室，体积小，光学透明度高，可以容纳细胞在内生长，且各个小室之间物质不流通。isoCell系统配备了荧光和成像系统，用于在整个克隆工作流程中记录 GRID 小室的图像（见下图）。isoCell 可自动执行所有液体处理步骤，包括构建 GRID、将单细胞注射到GRID小室中以及交换培养基和收获单克隆集落。并且，isoCell可在整个工作流程中自动检测每一个 GRID 小室，并确保每一个单克隆hiPSC细胞系来源于单个细胞。 图2 GRID实物图 材料与方法 在分别铺了Laminin-521、Vitronectin-N和iMatrix 细胞培养基质的60毫米培养皿上制备的GRID网格以待使用。制备hiPSC的单细胞悬浮液，并使用 isoCell全自动地将细胞铺在GRID上（种植）。 使用isoCell自带的显微镜鉴定每个GRID室并标记每个包含单个细胞（第 0 天）的室，将该培养皿放入培养箱培养。在第3天，将标记的含有单个细胞的GRID小室加满600 nl培养基。从第5天开始，每天观察标记单细胞的GRID小室，并对选中的GRID小室补充培养基。最后，使用isoCell观察并标记构成了hiPSC单细胞群落的GRID小室，使用isoCell全自动收获标记的GRID小室中的hiPSC细胞（通常在 6-8 天之间）。 图3 以isoCell为核心的hiPSC细胞分选与培养平台工作流程图 高效的hiPSCS细胞分选与培养平台 按照上述的工作流程，利用三种不同的培养基质（包括 VTN-N、LMN-521 和 iMatrix）构建并培养了两个独立的hiPSC细胞系，并评估所得细胞的克隆效率。如图4所示，两个不同的hiPSC测试系在不同培养基质条件下，均在GRID室中显示出非常高的克隆效率，这表明采用GRID小室低容量培养方法和细胞的自动化温和处理可产生非常适合单细胞高效生长的培养环境。 图4 GRID中的单细胞 hiPSC 克隆效率（克隆效率表示培养第5天时单细胞长成细胞群落数占第0天单细胞数的百分比） 结论 以isoCell构建的hiPSC细胞分选与培养平台可以对hiPSC细胞进行全自动化且温和地单细胞分选与培养。通过isoCell特有的GRID小室网格技术与可视化分选相结合，可以确保每一个单克隆hiPSC细胞系均来自单个细胞，且isoCell的分选与培养条件温和，hiPSC单克隆细胞系成活率高。 单细胞可视化分选系统isoCell的优势：- 全自动化流程- 操作条件温和，对单细胞无损伤- 全培养、分析流程可追踪- 单细胞分离效率高达100%- 单克隆细胞系构建成活率高- 直接转移到PCR管或96孔板- 结构紧凑，体积小 单细胞可视化分选培养系统-isoCell已在Cell、Advanced Science、Small Methods、Nature Communications等知名期刊发表多篇文章，如下摘引了近年五篇具有代表性的文献和大家分享。 Soitu C, Stovall‐Kurtz N, Deroy C, et al. Jet‐Printing Microfluidic Devices on Demand[J]. Advanced Science, 2020, 7(23): 2001854.Gangoso E, Southgate B, Bradley L, et al. Glioblastomas acquire myeloid-affiliated transcriptional programs via epigenetic immunoediting to elicit immune evasion[J]. Cell, 2021, 184(9): 2454-2470. e26.Deroy C, Nebuloni F, Cook P R, et al. Microfluidics on Standard Petri Dishes for Bioscientists[J]. Small Methods, 2021, 5(11): 2100724.Deroy C, Wheeler J H R, Rumianek A N, et al. Reconfigurable microfluidic circuits for isolating and retrieving cells of interest[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14(22): 25209-25219.Oliveira N M, Wheeler J H R, Deroy C, et al. Suicidal chemotaxis in bacteria[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 7608. 样机体验 为更好地服务中国科研工作者，Quantum Design 中国也建立了样机演示实验室，将为大家提供为专业的售前、销售、售后技术支持，欢迎各位老师垂询！ 用户名单 用户评价 路易莎埃姆斯，研究科学家：The Native Antigen Company（LGC 临床诊断集团旗下公司） “使用 isoCell 进行单细胞克隆工作从一开始就简单可靠，并且已无缝地融入我们的流程中。 该程序对细胞很温和，我们看到非常好的存活率，可以筛选大量克隆。 我们收到的客户服务是优质的。”

尊敬的科研工作者们！你们一定听说过CERO 3D Incubator & Bioreactor这款细胞培养系统吧！它在类器官研究领域具有显著优势，让我们一起来了解一下吧！首先，CERO提供了最佳的细胞培养环境，通过独特的3D细胞培养技术，监测和控制温度、pH和二氧化碳水平，为类器官的生长和发育提供最适宜的条件。其次，CERO能够提高类器官的复杂性和成熟度，模拟更真实的生理结构和功能。这对于研究类器官在特定生理环境下的反应和功能具有重要意义，让我们的研究更加接近真实，更有说服力。再次，CERO减少了对嵌入基质的依赖，提供最大的均匀性和稳定性(如CEROtubes有独特的鳍状设计)，使得类器官的培养更加标准化和可重复。这对于研究结果的可靠性和可比较性非常重要，让我们的实验更精准，更可信。最后，CERO适用于各种组织类型的类器官培养，如肝脏、肾脏、肠道、皮肤等，具有广泛的应用价值。无论你是研究肝脏还是皮肤，CERO都能满足你的需求。我们一起了解一下类器官的前世今生类器官的起源——自组织现象：类器官的起源可以追溯到1907年，当时44岁的美国贝克罗莱那大学教授威尔逊 (H. V. Wilson)发现通过机械分离的海绵(sponge)细胞可以重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体，他的研究结果于1910年发表。Wilson, H. V. Development of sponges from dissociated tissue cells(1910)我们要知道类器官是由多个不同类型的细胞组成，协同工作以执行特定的功能，类似于真正的器官。它们可以是人工合成的，也可以是通过再生医学技术生长出来的。类器官的来源总结还有如下图六种：Xu et al. Journal of Hematology & Oncology (2018)近年来火热的干细胞研究，主要开始于上世纪末。1987年，A.J. Friedenstein发现间充质干细胞 (Mesenchymal Stem Cell,MSC)。1998年，美国生物学家James Thomson首次分离得到人胚胎干细胞。2007年，Thomson教授成功制造出人诱导多能干细胞 (induced Pluripotent Stem Cells,iPSC).如今，绝大多数类型的非肿瘤来源的人源类器官均可由MSC或iPSC发育而来，干细胞研究的飞速进展为类器官研究带来新的活力。近十余年类器官的发展，如下图类器官发展历程(Claudia Corrò et al. Am J Physiol Cell Physiol, 2020) CERO是如何促进类器官的研究进展的呢？我们这里有几个案例可以给大伙儿一起分享一下吧CERO进行心脏组织模型的研究（心脏类器官的研究案例）干细胞来源的心肌细胞在心血管研究、疾病模型和药物开发等领域受到越来越多的关注。研究方法：使用CERO作为一个完整的工作流平台，让干细胞以均匀的聚集体形式扩增，然后直接诱导成为大量的跳动的心脏体。使用CERO进行多能干细胞的扩增和心肌分化，与传统的轨道振荡器相比，可以提高心肌细胞的质量、均匀性、完整性和产量。研究结果：使用CERO可以实现从干细胞到心肌细胞的高效转化，形成具有生理功能的心脏组织模型，用于各种应用。CERO 3D与轨道振荡器的比较—鼠胚干细胞诱导心肌细胞后的3、8和13天分化研究 这里有一段来自CERO的客户（Jaya Krishnan教授，法兰克福歌德大学心血管再生研究所，Genome Biologics联合创始人）的评价：“我们所有研究的最终目标是识别和开发具有临床相关性的治疗人类心脏病的药物。为此，我们利用人类自组织的心脏类器官进行高通量药物筛选，以及利用体内的人类先天性疾病的遗传模型，作为我们的实验平台，结合腺相关病毒（AAV）和反义RNA作为治疗剂。CERO 3D大大简化了我们的心脏类器官生成的工作流程，并使我们能够显著提高类器官的生产规模。使用CERO 3D生成的类器官显示出更好的细胞组织，以及在生产批次内外的均匀性和一致性。” 不仅如此，CERO还应用于猪的肌源性类器官的研究（该研究于2022年在Cells上发表，影响因子≥4.9）三维细胞培养技术比平面表面更适合模拟体内细胞环境。球体是多细胞聚集体，我们旨在使用中型培养箱和生物反应器混合设备，制备无支架的肌源性起源球体，称为肌球体。首次使用这种技术从原始猪肌细胞（PMC）获得球体，并将其形态学和生长参数、标记物表达和肌源潜能与C2C12来源的球体进行了比较。两种细胞类型都能在生物反应器中在24小时后形成圆形球体。C2C12球体的平均直径（44.6µ m）大于PMC球体（32.7µ m），最大直径超过了1mm。C2C12细胞形成的聚集体较PMC更少，并具有更高的密集度（细胞核/平方毫米）。从球体中分离后，C2C12细胞和PMC开始再次增殖，并能够分化为肌源系谱，通过肌管形成和FActin、Desmin、MyoG和Myosin的表达来证明。在C2C12中，球体中观察到多核合体和Myosin的表达，表明加速了肌源分化。总之，中型培养箱和生物反应器系统适用于从原始肌细胞中形成和培养球体，并保持其肌源潜能。Cells 2022, 11,1453. https://doi.org/10.3390/cells11091453CERO还应用于脑类器官的发育研究：“跨发育过程中从中等到纳米尺度成像三维脑器官结构”并在2022年发表于HUMAN DEVELOPMENT文献索引：Development(2022)149,dev200439.doi:10.1242/dev.200439根据Paş ca等人（2015）的改良方案，使用CERO 3D培养箱-生物反应器的步骤如下：1、iPSCs解离：使用StemProAccutase将iPSCs解离成单细胞悬浮液。2、类器官形成：将1.5×106个iPSCs转移到AggreWell800板中，每个微孔中含有5000个细胞。使用培养基，包括50% DMEM-F12 GlutaMax、50%神经基底培养基。添加以下成分到培养基中：1:100 B-27、1:200 N-2、1:200 MEM-NEAA、1mM L-谷氨酰胺、1:1000 β-巯基乙醇、10μg/ml胰岛素。添加两种SMAD途径抑制剂dorsomorphin（1μM）和SB-431542（10μM），以及ROCK抑制剂Y-27632（10μM）。将具有和不具有霍乱弧菌诱导eGFP构建物的iPSC按10/90的比例混合。在最初的5天里，每天更换不含ROCK抑制剂的培养基。类器官培养：将类器官转移到CEROtubes中，放入旋转的CERO 3D生物反应器。从第5天到第12天，每隔一天喂养类器官。在第12天，改用含有bFGF（10ng/ml）而不是SMAD抑制剂的培养基培养4天。从第16天开始，类器官在未添加补充物的情况下维持，每隔一天更换一次培养基。LSFEM的器官样本准备LSFEM的器官样本准备包括固定、渗透化、免疫染色、嵌入和消化等步骤。通过对样本的处理和扩张，可以实现清晰的成像和超分辨率的分析。（F，G）示例展示了根据II方案（CERO培养制备）的3个月大脑器官样本（F）和根据I方案(6孔板培养制备)的2个月大脑器官样本（G）的光学切片。两者都经过Hoechest和ZO1的染色。综合以上步骤，CERO 3D生物反应器能够在中-纳米级光学分辨率下对整个脑器官体进行缩放，获得关于脑器官体结构和亚细胞细节的全面视图。同时，通过LSFEM的超分辨率成像，可以可视化保留有空间信息的突触，实现对超分辨率下的扩展神经回路的分析。通过LSFM和LSFEM的结合，CERO为成熟的脑类器官的分析提供了一种有效的方法。 总的来说，CERO在类器官研究方面具有多种优势，如提供最佳细胞培养环境、提高类器官成熟度与复杂性、标准化和可重复培养，适用于多种组织类型。类器官的优势在于模拟人体生理状态、提高实验可靠性与准确性，广泛应用于基础研究、药物研发、临床试验和再生医疗。让我们共同努力，将类器官研究推向新的高度！