基于人工智能的入孔單細胞識別開啟細胞株開發(fā)的革新之路

單細胞分離環(huán)節(jié)是細胞株開發(fā) (CLD) 的一個限速步驟，經(jīng)典的單細胞分離 - 有限稀釋法既耗費時間又耗費人力，故而針對于單細胞分離的技術(shù)應(yīng)運而生。目前，基于不同技術(shù)有很多自動單細胞分離的方法，如微流控、柔性流式、柔性鋪板、光鑷、聲鑷等技術(shù)。這些技術(shù)都可以更加有效的分離單細胞，較傳統(tǒng)方法效率更高。

VIPS PRO 單細胞鋪板及成像儀作為柔性鋪板的代表，其原理類似自動化的有限稀釋，但由于液滴補償模式的設(shè)置，保證了較高的鋪板效率。既保留了有限稀釋法的優(yōu)點 - 對細胞傷害小及工藝放大后克隆一致性好，又提高了鋪板效率。

此外，基于人工智能的入孔單細胞識別技術(shù)，提供了鋪板后單克隆效率的詳細信息，幫助實驗人員即時掌握鋪板效率。而入孔單細胞的圖像成為 DAY0 整孔單細胞圖像的佐證，增加一份單克隆性的證據(jù)。

1. AI 驅(qū)動的細胞識別與實際細胞狀態(tài)達成 98.3% 的一致性：對 660 多個孔中鋪入的中國倉鼠卵巢（CHO）細胞進行分析，與人工評估相比，檢測單細胞的準(zhǔn)確率達到了 98.3%。

2. 連續(xù)鋪板保持高一致性及細胞活率：與一些會使細胞受到壓力的高效率分離方法不同，VIPS PRO 即使在長時間的鋪板過程中（180 分鐘）也能確保細胞活性保持在 90% 以上，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每塊培養(yǎng)板穩(wěn)定的鋪板效率。

精確的單細胞識別

VIPS PRO 的 AI 驅(qū)動的細胞識別算法減少人工干預(yù)和錯誤，節(jié)省時間和成本，助力做出更自信的決策。

1. 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：VIPS PRO 細胞識別網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練使用了超過 20 萬張由 VIPS PRO 分離的單細胞圖像，涵蓋了多種細胞系（誘導(dǎo)多能干細胞 [iPSCs] 、間充質(zhì)干細胞 [MSCs] 、HEK 細胞、中國倉鼠卵巢細胞 [CHO] 、雜交瘤細胞和昆蟲細胞 Sf9）以及不同類型的培養(yǎng)板，以識別不同的細胞形態(tài)和圖像偽影。

2. 網(wǎng)絡(luò)驗證：通過將 VIPS PRO 的識別結(jié)果與經(jīng)過專業(yè)實驗人員人工識別的真實數(shù)據(jù)進行比較，來衡量 AI 算法的準(zhǔn)確性。

3.  效率評估：對于每種細胞系，至少使用三個 96 孔板進行鋪板。收集滴液圖像用于驗證，并由經(jīng)驗豐富的實驗人員手動評估為單細胞孔、多細胞孔或空孔（見圖 1）。VIPS PRO 的結(jié)果與滴液圖像的手動分析結(jié)果進行交叉比對，以得出 AI 算法準(zhǔn)確率的百分比（見表 1）。

結(jié)果：

98.3% 的單細胞識別準(zhǔn)確率（圖 1）：

• 382 個液滴識別為含有單細胞；

• 187 個液滴識別不含有細胞；

• 81 個液滴識別為含有多細胞。

(總正確率 / 總分析樣本) * 100 = (650 / 661) * 100 = 98.3% = 識別準(zhǔn)確率%

錯誤識別程度很低，只有 1.5% 的孔被誤判為假陰性，0.15% 的孔被誤判為假陽性。對更多細胞系進行的驗證（見表 1）也顯示出高度一致的結(jié)果。

AI 驅(qū)動的 VIPS PRO 能夠準(zhǔn)確識別單細胞，并將其與其他細胞團塊、雜質(zhì)、氣泡等區(qū)分開來。在所有測試的細胞類型和形態(tài)中都具有很強的一致性。

圖 1：展示 VIPS PRO 網(wǎng)絡(luò)對 CHO-S 細胞的滴液圖像檢測（預(yù)測）與實驗人員手動分析的對比（真實情況）。孔被分類為單細胞孔、多細胞孔（檢測到多于一個細胞）或空孔（無細胞）。被 VIPS PRO 網(wǎng)絡(luò)正確識別的孔用藍色標(biāo)記。假陰性孔——白色，左下區(qū)域；假陽性孔——白色，右上區(qū)域

表 1：VIPS PRO 識別不同細胞株的準(zhǔn)確率

連續(xù)鋪板保持高細胞活率

VIPS PRO 及其一次性耗材旨在確保在連續(xù)鋪板過程中細胞保持細胞活性，保證連續(xù)鋪板的鋪板效率及細胞恢復(fù)率。

方法：

將 3 mL 濃度為 200,000 個細胞 / mL 的 CHO 單細胞懸液放置于細胞池中，連續(xù)鋪板 3 小時，使用 Solentim ICON^® 每隔 10 分鐘測量一次活細胞密度（細胞 / mL）和細胞活率（%）（見圖 2）。

圖 2：顯示 CHO 單細胞懸液在鋪板 180 分鐘的活細胞密度和細胞活率的圖表

結(jié)果：

在長時間的鋪板過程中（180 分鐘），細胞活率始終保持在 > 90%，這表明 VIPS PRO 的設(shè)計以及細胞池在鋪板程中為細胞培養(yǎng)維持了一個健康的環(huán)境。

 

鋪板效率一致性

VIPS PRO 細胞池的設(shè)計，如自帶轉(zhuǎn)子保持細胞懸液混合狀態(tài)，大口徑噴嘴，減少噴射對細胞的損傷等，都保證了穩(wěn)定的鋪板效率和較高的細胞活率，實現(xiàn)了一個細胞池可連續(xù)進行鋪板的功能。

方法：

將 3 mL 的 CHO 單細胞懸浮液加入 VIPS PRO 的細胞池中，并鋪了 10 塊 96 孔板。

結(jié)果：

VIPS PRO 輕松地鋪完 10 塊 96 孔板，同時保持了穩(wěn)定且高效的單細胞鋪板效率（見圖 3）。

圖 3：顯示了 VIPS PRO 所鋪 10 塊 96 孔板的每塊板的鋪板效率（%）

來自用戶的真實分享：

Camile Evenou Celonic AG：“VIPS 是獨一無二的，是市場上唯一一個能夠通過高分辨率（Z 軸堆疊）成像追蹤單個細胞實際進入孔板的單細胞克隆系統(tǒng)，并且支持隨后由 Cell Metric 提供的每日全孔成像。”

Evercell Bio：“通過提高效率和減少實驗耗材，我們估計在典型的基因編輯工作流程中可以節(jié)省高達 50% 的時間。”