細(xì)胞培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案在研究中獲得定量數(shù)據(jù)的應(yīng)用

原創(chuàng) OLYMPUS生命科學(xué) 
 
最近小編和奮戰(zhàn)在科研一線的老同學(xué)劉博士聊天時(shí)，劉博表示最近很郁悶。自己原本前不久辛辛苦苦養(yǎng)了幾周的細(xì)胞，做了實(shí)驗(yàn)后獲得了能夠驗(yàn)證自己猜測(cè)的結(jié)果，本想再重復(fù)一次獲得一個(gè)更漂亮更具有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)，結(jié)果卻沒(méi)能重復(fù)出來(lái)......

實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性對(duì)于生物研究來(lái)說(shuō)確實(shí)是一個(gè)老生常談的話題。Nature雜志也曾對(duì)1576名科研人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，結(jié)果顯示，超過(guò)70％的科研人員無(wú)法重復(fù)他人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，超50％無(wú)法重復(fù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果^*1。

而生物研究結(jié)果的可重復(fù)性較之物理化學(xué)等學(xué)科難度更大。但是可重復(fù)性以及可重復(fù)性的證據(jù)一直以來(lái)都是實(shí)驗(yàn)結(jié)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(ài)好者對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性也越來(lái)越關(guān)注。     
  
而對(duì)于生物研究中需要培養(yǎng)細(xì)胞的研究，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性通常更是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因?yàn)榧?xì)胞不同的數(shù)量、狀態(tài)等都會(huì)對(duì)精細(xì)的生物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果造成影響。為了解決這一問(wèn)題，Nature雜志在同一篇文章中也提出了“更出色的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”以及“更優(yōu)化的統(tǒng)計(jì)”作為對(duì)策。然而，在落實(shí)該建議時(shí)，如何獲取所需的定量數(shù)據(jù)讓研究人員感到疲憊不堪。

為解決這一問(wèn)題，我們研發(fā)出了CM20細(xì)胞培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以采集細(xì)胞培養(yǎng)的定量數(shù)據(jù)，從而提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，也減輕了研究人員采集數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。
 
在傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)流程中，每次細(xì)胞數(shù)量的獲取都需要操作人員進(jìn)行手動(dòng)計(jì)數(shù)。并且細(xì)胞培養(yǎng)質(zhì)量判斷和操作時(shí)間安排，比如細(xì)胞何時(shí)傳代、什么樣的狀態(tài)以及多少數(shù)量的細(xì)胞可以收獲然后用于下面的實(shí)驗(yàn)等，都由操作人員以主觀方式判斷，但由于判斷標(biāo)準(zhǔn)不同，便會(huì)造成不同操作人員之間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異很大。此外，在采集細(xì)胞定量數(shù)據(jù)時(shí)，需要取出一部分樣品，缺乏以無(wú)損且無(wú)污染的方式測(cè)量大量數(shù)據(jù)的實(shí)用工具。
由于CM20細(xì)胞培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)需將細(xì)胞樣品從培養(yǎng)箱中取出，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定的觀察，因此，無(wú)需研究人員干預(yù)就能夠采集到定量數(shù)據(jù)。

CM20還可根據(jù)采集的圖像自動(dòng)測(cè)量細(xì)胞數(shù)量獲得細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線，并計(jì)算作為細(xì)胞增殖能力指標(biāo)的倍增時(shí)間。
以下為成功利用CM20細(xì)胞傳代定量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估的示例。在人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）傳代培養(yǎng)過(guò)程中，使用CM20采集到大量圖像，并分析細(xì)胞形態(tài)和倍增時(shí)間。

我們發(fā)現(xiàn)，HUVEC傳代培養(yǎng)過(guò)程中的倍增時(shí)間與其血管生成潛力密切相關(guān)。

在本研究中，已經(jīng)證明HUVEC在第8次傳代后倍增時(shí)間最長(zhǎng)，是增殖能力發(fā)生變化的地方，并具有較好的血管生成潛力。因?yàn)檎麄�(gè)細(xì)胞培養(yǎng)是在CM20的監(jiān)測(cè)下進(jìn)行的，所以HUVEC傳代后的狀態(tài)數(shù)量都被以同一的標(biāo)準(zhǔn)采集并識(shí)別分析，因此具有高度可重復(fù)性。
（本結(jié)果使用CM20原型系統(tǒng)獲得^*2 ，有關(guān)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱《科學(xué)報(bào)告》相關(guān)論文)  圖6（a）不同傳代次數(shù)后的細(xì)胞形態(tài)：每次傳代記錄圖像數(shù)據(jù)（b）傳代次數(shù)與細(xì)胞增長(zhǎng)率之間的關(guān)系：其顯示了HUVEC第8次傳代時(shí)的增長(zhǎng)率發(fā)生明顯變化（c）HUVEC的血管生成潛力和傳代次數(shù)：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(xiàn)：
*1) Monya Baker，“1,500名科學(xué)家揭開(kāi)重現(xiàn)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(wěn)定細(xì)胞培養(yǎng)的平板式epi浮雕相襯細(xì)胞監(jiān)控系統(tǒng)”，《自然科學(xué)報(bào)告》 ISSN 2045-2322（在線版）（2017年5月15日）