细胞培养是一个重要的组成部分,大多数生物学和生物医学研究。许多实验都推出了在体外在文化搬到动物模型。细胞培养,适应更加复杂,例如3 d的文化,也可以承担更多的重要性作为鼓励努力实现替代动物研究。用于细胞培养平台的遗传屏幕,药物筛选,成像和传感应用程序和记者化验,在建立细胞系和动物——或者patient-derived主要文化。
细胞培养也杠杆来洞察疾病机制,例如,诱导多能干细胞(万能)来自病人。万能干细胞可以分化成特定的细胞类型,如神经元,神经胶质或肌肉细胞,这种病人的疾病的遗传背景和作为模型来研究病理生理学。这是特别有用的零星的不确定的遗传病因的疾病,如神经退行性疾病,经常包括家族和零星的形式,例如,阿尔茨海默病,肌萎缩性脊髓侧索硬化症。
除了他们的研究应用中,细胞培养也材料的来源再生医学,因为细胞疗法的主力biotherapeutic生产。可能,干细胞和万能干细胞可以分化成特定的细胞器官,构造成组织,用于移植。然而,大多数使用干细胞再生医学仍处于临床前阶段只有一个一些临床使用在很大程度上由于缺乏质量控制措施达到监管标准。
在细胞培养的各个方面,无论是研究或医学应用,关键是实现适当的质量控制,确保高标准。质量控制措施跨度广泛适用的实践相关的所有细胞培养,如良好的实验室实践,以避免污染,更特别针对特殊应用的实践,例如干细胞再生医学。
细胞培养的好“管家”实践
鉴于研究的重要性,对实验室进行质量控制至关重要,采用最佳实践,以避免文化污染。最佳实践包括在文化在层流室专用的容器,在适当的位置,拿着腰带消毒工作表面,和戴着手套和口罩。未被发现的污染,如支原体或通过污染细胞类型,可能会干扰实验,导致误导或有偏见的结果,浪费资源和时间。“实验室或机构可以实现政策来减轻污染和防止问题鉴定细胞培养,“解释道马修·d·霍尔主任早期翻译分支部门的临床医学转化创新在国家中心(NCATS),在美国国立卫生研究院。在一个最近的一篇论文,大厅共享NCATS对降低的百分比的成功故事支原体受感染的细胞样本。
“第一年,我们开始测试,大约13%的阳性文化,这是一个级别的文学污染率。然而,我们实现了一个常规试验大纲后,积极利率跌至第五年大约只有3%,”Hall总结NCATS的协议。“我们的成功方法是多层次的。首先,我们只接受来自合作者的细胞系,是免费注册的支原体。我们确认收到传入的细胞系。第二,我们测试所有活动文化月,或在解冻cryovial股票。第三,这对于大规模筛选是非常重要的,这是昂贵的,立即开始之前测试目的细胞系实验。你想要确定筛选将生成高质量的结果,不受干扰支原体。”
不幸的是,即使好监控协议支原体实现,污染仍然可以发生。在这些情况下,NCATS立即破坏了积极的细胞系和测试备份瓶。如果备份也瓶检测呈阳性,他们也同样被毁。“我们确实有一个补救协议非常有价值的或罕见的行,如果我们不能找到一个无污染的股票。我们隔离这些宝贵的受污染的文化在一个专用的孵化器在组织培养的房间外,并启动plasmocin治疗,”Hall解释道。“一旦plasmocin方案完成,我们测试矫正文化几次,以确保它是干净的。我们测试两次,因为感染篮板可以发生。我们还检查细胞行为就像plasmocin之前,验证治疗不影响文化的属性。我们也分享净化和支原体自由文化与原来的实验室。”
除了支原体测试,NCATS也验证细胞系身份作为细胞培养的一部分,质量控制措施。这是通过短串联重复序列(STR)分析,作为指纹的细胞来源。“有很多交换细胞系的警示案例,我认为海拉是最著名的污染,”霍尔警告。“为了避免这种情况,我们也决定实施STR验证传入的细胞系。自从我们开始STR测试,我们只发现5误认为细胞系的186,我们检查了。”
NCATS体验展示了很好的监控协议的可行性和有效性降低的数量支原体文化污染和防止误诊细胞系的使用。“我们在NCATS压倒一切的原则很简单。我们认为值得花费相对少量的工作经常和频繁是否会阻止一个巨大的错误使用受污染或被认错的文化。大错误最终会招致更多的时间和精力,,甚至可能误导研究方向,”大厅。
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深度学习监控细胞培养质量控制
干细胞在再生医学潜在用途,但进步是受限于缺乏标准化和困难扩大。质量控制可以提高协议标准化,提高可伸缩性,并确保文化符合监管标准。一个临床应用主要人类表皮角化细胞用于治疗皮肤烧伤和皮肤损失的基因疾病。人类角质细胞是服从体外扩张通过支线层鼠标3 t3培养胚胎成纤维细胞。目前,人类选择角化细胞的干细胞克隆分析具备干细胞,评估和增殖能力。理想情况下,克隆高增殖能力,称为holoclones,占不到5%的细胞在文化、需要识别和选择的进一步扩张。
“虽然耐用的,克隆分析时间,成本和劳动密集型和需要一个专家的判断,这限制了标准化和可伸缩性,”解释道小君'ichi Kotoku、研究生院教授医疗技术、军事大学。“为了克服这些问题,我们开发了一个自动化的,基于相衬成像的非侵入性的方法来识别人类的角化细胞克隆。基于这种技术,我们称之为深学习自动化的细胞跟踪,或DeepACT创建合作Daisuke南坝干细胞生物学系教授,医学研究所,东京医疗和牙科大学”,阐述了Kotoku的技术。
DeepACT灵感来源于以前的工作,发现与高增殖能力表现出干细胞细胞运动特点。重要的是,积极与干细胞速度相关增殖能力。“我们意识到我们可以利用这个特点运动方法确定干细胞具有高增殖能力从显微镜图像。然而,我们的工作是缓慢的,因为早些时候干细胞跟踪必须实现手动或通过运动分析,这是不准确的,”南坝解释道。“我们意识到如果我们可以使用计算自动化细胞跟踪方法,如深度学习,我们可以确定最大的角化细胞干细胞增殖的能力,因此,最有前景的皮肤移植。”
考验,深度学习识别人类的角化细胞细胞核有77%的准确度,大多数的运动可以被追踪到,即使在细胞碎片的存在。自动跟踪执行类似于手动跟踪但更多的细胞在一个更高的速度记录支架。“我们还发现,DeepACT可以评估文化条件。角化细胞干细胞与更大的速度时,美联储与表皮生长因子或补充,”Kotoku指出。“因此,DeepACT可以用来优化细胞培养通过识别条件,最大化运动。”
最后,DeepACT测试为其最珍贵的holoclones检测能力。“我们观察到的运动指数度量单个细胞运动的动力,是一个很好的预测具备干细胞。运动指数大于1,根据DeepACT评估,表明殖民地与角化细胞干细胞速度比在殖民地中心外围,“南坝解释道。“这些殖民地有较高收益率的概率holoclones。因此,DeepACT自动执行质量控制通过确定最有可能产生干细胞holoclones殖民地,将最适合移植。”
Kotoku和南坝预见进一步采用自动化技术,如DeepACT、质量控制。“深度学习算法可以被训练来识别其他细胞除了人类角质细胞。因此,我们可以运用我们的系统其他干细胞文化,包括万能。进一步的技术可能会扩大到超出干细胞文化评估干细胞产品在再生医学,”他们总结道。
