细胞培养监测的数字化转变

细胞培养是一种有广泛应用价值的工具。它使我们能够研究细胞的正常生理和生物化学，探索潜在的疾病机制，测试药物化合物的效果和制造生物疗法。实时监测细胞的能力确保了宝贵的时间和金钱不会浪费在无法存活的细胞上进行实验。它还可以帮助优化培养条件和识别污染。

188金宝搏备用说话约翰•摩尔他是科学生物处理(SBI)总裁，以了解更多关于使用光学传感器实时监测细胞培养的信息。

凯特·罗宾逊(KR):为什么监测细胞培养过程很重要?

约翰摩尔(JM):自从哈里森开始在体外在1907年的细胞培养中，很少有突破性的进展发生，其中3D培养是最引人注目的之一。细胞培养系统，如组织培养瓶，多孔板和摇瓶基本上是黑盒子。目前的工作流程依赖于手动操作，例如打开培养箱进行视觉检查，将培养容器取出进行成像、采样或其他离线分析。这些手工工作流程增加了人为错误和污染风险，既耗时又昂贵，并且不能有效地提供细胞科学家及时做出细胞培养决策所需的数据。

关键的细胞培养信息包括污染的迹象，细胞增殖(细胞计数)，活细胞密度，细胞形态，融合，特定标记物的表型表达和细胞内和细胞外蛋白表达。根据实验目标和应用，监测这些信息可提供检验实验假设和推进科学所需的数据。

基米-雷克南:细胞培养通常是如何监控的?推动这些过程向数字化转变的趋势是什么?

JM:今天的细胞培养通常是离线监测和通过人工过程。除了对污染和酚红变化指示pH值变化的目视检查外，大多数监测和数据收集都在细胞培养箱外进行。培养容器被带到显微镜和平板阅读器，细胞和培养基样品被手动收集用于其他离线分析。

值得庆幸的是，最近传感技术、自动化和数据分析的进步以及可负担性使数字化变得容易实现。常规和劳动密集型任务，如移液和细胞计数已实现自动化，但仍未广泛使用。所以再现性危机正如2016年《自然》杂志在“1500名科学家揭开可重复性的盖子”调查中所指出的那样，在科学领域的影响力仍然存在。

基米-雷克南:你能解释一下你的光学传感器是如何在线监测细胞培养过程的吗?信息学是如何在其中发挥作用的?

JM:SBI开发了用于在线和实时监测pH值、溶解氧和生物量的商用光学传感器。溶解氧和pH传感器直径分别为3毫米和5毫米，用粘合剂连接在培养容器内，而读取器位于光学透明容器材料的壁上进行测量。该读卡器与计算机相连，用于数据采集和绘图。光纤阅读器也可用，其中光纤电缆连接到一系列附件中的传感器:穿过生物反应器端口的光纤探针，用于灌注流环路的流经细胞和位于血管和生物反应器壁旁边的星形适配器，用于从最难到达的地方收集数据。生物量数据是通过高度并行和无创的方式从振动瓶和生物反应器中通过背散射测量获得的。

pH值和溶解氧传感器是一次性使用的，可通过高压灭菌器，环氧乙烷或γ照射灭菌。它们还经过预校准，适合长期培养，而且价格低廉，因此每个研究人员都可以获得关于他们细胞的实时数据。这些可操作的数据洞察真正阐明了当前细胞培养系统的黑箱。

实时监测细胞培养有什么好处?

JM:实时细胞培养洞察是闭环控制和自动化的基础。然后，流程优化、重现性和成本降低就需要这些洞见，当这些洞见结合在一起时，有助于高吞吐量测试。实时监控可以更早地发现问题，并允许及时地旋转或终止实验。

需要高质量的实时数据作为闭环控制的输入，以便关键工艺参数和关键产品属性在整个培养过程中保持在目标水平内。例如，不同类型的细胞需要不同水平的溶解氧来获得最佳的细胞健康和表型表达。实时溶解氧数据可用于通过介质氧合、灌注、搅拌或摇晃等方法将水平控制在预定义的范围内。

KR:这些基于传感器的技术如何更好地为生物制药应用提供信息?

JM:我们的任务是消除生物加工过程中的猜测，并照亮哺乳动物和微生物细胞培养的黑箱。这些基于传感器的技术实现了数字化简化生物加工:通过小型化智能传感器、人工智能和机器学习，从实验室到生产车间，提供实时可操作的见解。我们正在扩展传感平台，包括葡萄糖等其他分析物的传感器，并正在开发自动喂食和气体控制的闭环控制系统。随着生物药物、细胞和基因治疗产品以及个性化药物成为医学的前沿，过程控制、可重复性、成本降低、上市时间和高质量产品作为真正的使能技术变得至关重要。SBI准备成为为我们的生物制药合作伙伴提供这些使能技术的领先提供商。

约翰·摩尔接受了科技网络编辑助理凯特·罗宾逊的采访。188金宝搏备用