細胞培養監控系統解決方案在研究中獲得定量數據的應用

原創 OLYMPUS生命科學 
 
最近小編和奮戰在科研一線的老同學劉博士聊天時，劉博表示最近很郁悶。自己原本前不久辛辛苦苦養了幾周的細胞，做了實驗后獲得了能夠驗證自己猜測的結果，本想再重復一次獲得一個更漂亮更具有說服力的數據，結果卻沒能重復出來......

實驗的可重復性對于生物研究來說確實是一個老生常談的話題。Nature雜志也曾對1576名科研人員進行網絡調查，結果顯示，超過70％的科研人員無法重復他人的實驗結果，超50％無法重復自己的實驗結果^*1。

而生物研究結果的可重復性較之物理化學等學科難度更大。但是可重復性以及可重復性的證據一直以來都是實驗結果可靠性的重要證明，尤其是最近科研工作者甚至是科技愛好者對實驗結果的可靠性也越來越關注。     
  
而對于生物研究中需要培養細胞的研究，實驗的可重復性通常更是一項挑戰。因為細胞不同的數量、狀態等都會對精細的生物實驗的結果造成影響。為了解決這一問題，Nature雜志在同一篇文章中也提出了“更出色的實驗設計”以及“更優化的統計”作為對策。然而，在落實該建議時，如何獲取所需的定量數據讓研究人員感到疲憊不堪。

為解決這一問題，我們研發出了CM20細胞培養監控系統，可以采集細胞培養的定量數據，從而提高實驗的可重復性，也減輕了研究人員采集數據的負擔。
 
在傳統的細胞培養流程中，每次細胞數量的獲取都需要操作人員進行手動計數。并且細胞培養質量判斷和操作時間安排，比如細胞何時傳代、什么樣的狀態以及多少數量的細胞可以收獲然后用于下面的實驗等，都由操作人員以主觀方式判斷，但由于判斷標準不同，便會造成不同操作人員之間的實驗結果差異很大。此外，在采集細胞定量數據時，需要取出一部分樣品，缺乏以無損且無污染的方式測量大量數據的實用工具。
由于CM20細胞培養監控系統無需將細胞樣品從培養箱中取出，即可實現自動穩定的觀察，因此，無需研究人員干預就能夠采集到定量數據。

CM20還可根據采集的圖像自動測量細胞數量獲得細胞的生長曲線，并計算作為細胞增殖能力指標的倍增時間。
以下為成功利用CM20細胞傳代定量數據進行質量評估的示例。在人類臍靜脈內皮細胞（HUVEC）傳代培養過程中，使用CM20采集到大量圖像，并分析細胞形態和倍增時間。

我們發現，HUVEC傳代培養過程中的倍增時間與其血管生成潛力密切相關。

在本研究中，已經證明HUVEC在第8次傳代后倍增時間最長，是增殖能力發生變化的地方，并具有較好的血管生成潛力。因為整個細胞培養是在CM20的監測下進行的，所以HUVEC傳代后的狀態數量都被以同一的標準采集并識別分析，因此具有高度可重復性。
（本結果使用CM20原型系統獲得^*2 ，有關實驗詳細信息，請參閱《科學報告》相關論文)  圖6（a）不同傳代次數后的細胞形態：每次傳代記錄圖像數據（b）傳代次數與細胞增長率之間的關系：其顯示了HUVEC第8次傳代時的增長率發生明顯變化（c）HUVEC的血管生成潛力和傳代次數：在P7處較成功的血管生成，在P12處顯示較差的血管生成



參考文獻：
*1) Monya Baker，“1,500名科學家揭開重現性序幕”，《自然》雜志533，452–454（2016年5月26日）
*2) Tatsuya Osaki，Tatsuto Kageyama，Yuka Shimazu，Dina Mysnikova，Shintaro Takahashi，Takimoto Shinichi和Junji Fukuda，“用于穩定細胞培養的平板式epi浮雕相襯細胞監控系統”，《自然科學報告》 ISSN 2045-2322（在線版）（2017年5月15日）