ハイスループットELISAワークフローのための自動化の旅

ラボのニーズが拡大するにつれ、複雑なワークフローの各ステップを自動化することは、飛躍的な価値をもたらします。離席時間やスループットの向上から、ヒューマンエラーの減少やラボの安全性の向上まで、自動化によってルーチン作業を軌道に乗せることができるため、科学者はより重要なアッセイ開発の課題に集中することができます。

酵素結合免疫吸着測定法（ELISA）は、ターゲット抗原を定量するための最も一般的な方法の一つですが、時間と労力のかかるプロセスでもあります。ELISAワークフローを自動化することで、サンプル前処理、試薬ピペッティング、マイクロプレート洗浄などの面倒なステップを省くことができ、結果の再現性を向上させることができます。

ここでは、自動化されたハイスループットのELISAワークセルを開発するための主な検討事項について説明します。ラボオートメーション・ソリューションがどの段階にあるかにかかわらず、これらの考慮事項はELISAワークフロー・ソリューションを前進させる鍵となります。

自動ELISAシステムの開発方法

1. シンプルな自動プレートハンドリングシステムからスタート

洗練されたロボットアームでプレートローディング作業を自動化することで、離席時間を増やし、他の作業を行う時間を確保することができます。自動化の第一歩として、マイクロプレートをアンビエントホテルとマイクロプレートウォッシャーおよびリーダーの間で搬送することにより、大規模なマイクロプレートベースアッセイを効率的に行うことができます。マイクロプレートウォッシャーが自動的にアッセイプレートの全ウェルを洗浄し、目的の洗浄プログラムを用いて未結合試薬を完全に除去し、バックグラウンドノイズを除去する。その後、マイクロプレートリーダーは、あらかじめ設定されたプロトコールに従ってデータを作成し、データに必要な計算を実行し、一貫した結果を提供する。

ここでは、特に大規模なワークフローにおいて、様々なステップでのプレートローディングという手作業を自動化することの利点を見ることができます。プレートにコーティングし、サンプルを加えた後、統合制御ソフトウェアが自動ロボットアームをスケジュールし、プレートをアンビエントホテルからマイクロプレートウォッシャーに移し、ホテルに戻します。このプロセスは、試薬を添加した後も繰り返されるため、プレートを手動でローディングしたり、洗浄を待つ必要がありません。最後に、基質を加え、ロボットにプレートをマイクロプレートリーダーに送らせ、ホテルに戻すことができる。

2. 細胞ベースアッセイ用の自動インキュベーターを追加する。

細胞ベースアッセイを行う場合、細胞を37℃、5％CO2に保つ自動CO2インキュベーターを追加することをお勧めします。これにより、インストゥルメンテーションからインキュベーターへの往復時間がなくなり、効率と離席時間がさらに向上します。

3. 自動リキッドハンドリングシステムを追加し、手作業による調製とピペッティングを取り除く。

ラボの自動化の旅を続ける中で、自動リキッドハンドリングシステムを追加することで、サンプルやアッセイ試薬を手作業で調製したりピペッティングしたりする負担を完全に取り除くことができます。下図は、自動リキッドハンドリングが、ステップ2、4、6をどのように代替し、労働集約的なELISAを真のウォークアウェイワークフローに変えたかを示している。

ロボットアームは、リキッドハンドラー、インキュベーター、マイクロプレートウォッシャー、および自動化セットアップのリーダーへのプレートの受け渡しをメソッド仕様に合わせてスケジュールすることができ、ラボベンチから完全に解放されます。また、ラボのニーズが進化するにつれて、ワークセルをプレートシーラー、プレートシーラーリムーバー、プレートシェーカーなどの他のインストゥルメンテーションと統合し、アッセイプロセスをさらに最適化することができます。

4. 自動化対応ELISAワークセルを考える

ここでは、ELISAベースの実験のためのハードウェアとソフトウェアを組み合わせた統合ソリューションとして、エントリーレベルから高度な自動化機能を提供する5つのワークセルをご紹介します。これらのワークフローは、スループット、効率、離席時間の向上だけでなく、サンプルサイズや感度に応じた特異性研究のニーズに合わせることができます。

ELISAワークセル シングルステップ インストゥルメンテーション プレートローダー

当社のエントリーレベルのシステムは、ELISA ワークセルと呼ばれるシンプルでコンパクトな使いやすいセットアップです。SpectraMax® マイクロプレートリーダー、S-LAB ソフトウェア搭載 Peak Robotics S-LAB プレートハンドラー、AquaMax® 4000 マイクロプレートウォッシャーで構成されています。
マイクロプレートウォッシャーやリーダーに手動でプレートを投入することなく、多数のプレートでマイクロプレートベースアッセイを実行できます。S-LABソフトウェアがロボットアームを制御し、予定通りにプレートをインストゥルメンテーションに供給している間に、実行する必要のあるプレートをローディング対照して立ち去ります。S-LABプレートハンドラーは、縦位置でも横位置でも動作し、回転軸は360度動きます。

ELISAアドバンストワークセル： 将来を見据えた自動プレートローディング

ELISA アドバンストワークセルは、高度な4軸協働ロボットアーム、PreciseFlex 400 (PF400) サンプルハンドラー、Generaスケジューリングソフトウェア、およびプレートホテル以外は従来のワークセルと同様です。PF400はZ軸に沿って移動するように設計されており、垂直設計のセットアップの柔軟性を可能にしている。このワークセルは、上向きに設置することでラボのスペースを節約するだけでなく、マイクロプレートベースアッセイワークフローの将来性にも貢献します。ラボのニーズが高まるにつれ、この拡張可能なセットアップにより、インキュベーター、セルイメージャー、シングルセルソーター、遠心分離機などのインストゥルメンテーションを簡単に追加でき、自動ワークフローの選択肢が広がります。

ELISAアドバンストECワークセル： 自動プレートローディングとインキュベーション

ELISAアドバンスト環境制御（EC）ワークセルは、温度・湿度制御用のインキュベーターを必要とするお客様に適しています。このワークセルは、ELISAアドバンストワークセルと同様の構成で、現在では制御環境用のLiCONiC STX44自動CO2インキュベーターが追加されています。GeneraソフトウェアはPF400ロボットアームを制御し、ELISAワークフローの例で説明したようにサンプルを処理します。しかし、ここでは自動インキュベーターでプレートをインキュベートするオプションが追加され、インストゥルメンテーションからインキュベーターまでの往復がなくなり、効率がさらに向上します。

ELISAワークセル： 2段階のインストゥルメンテーションプレートローダーに加え、リキッドハンドリングも可能です。

ELISA HTS ECワークセルは、自動リキッドハンドラーを提供し、ワークセルが指定された時間にサンプル調製と試薬添加の手動タスクを実行できるようにします。

このワークセルのコンポーネントには、SpectraMaxマイクロプレートリーダー、AquaMax 4000マイクロプレートウォッシャー、LiCONiC STX44自動CO2インキュベーターが含まれます。このワークセルに追加された重要なものは、プレートハンドリングシステムとスケジューリングソフトウェアが統合されたハミルトンロボティクスのMicrolab STARletロボットリキッドハンドラーである。

HTS ECワークセルは、特に手作業ではミスの原因となる大量のサンプルに大きなメリットを提供します。自動リキッドハンドリングシステムは、人為的なミスを減らすだけでなく、手作業によるピペッティング時間を大幅に短縮します。これにより、手動での作業を最小限に抑えながら、高精度で多くのアッセイを実施できるようになります。

ELISAワークセル： 完全自動化ソリューション

ELISA HTSx ワークセルは、完全自動化されたウォークアウェイソリューションです。従来のワークセルと同様のロジックで動作しますが、Microlab STARオートマチックリキッドハンドラーを搭載しているため、サンプルローディング容量が格段に大きくなっています。また、このシステムには複数のプレートホテルが封じ込められ、最大80枚のマイクロプレートを保管することができます。

ELISAに多様性をもたらすソリューションです。STX44インキュベーターは、プレートのインキュベーション温度やセルインキュベーションの必要性に応じてオプションでご利用いただけます。自動リキッドハンドラーを使用すると、最初のローディングステップにのみお客様の立ち会いが必要となります。それ以降の手動での作業は必要ありません。PF400ロボットがワークセル間の移動を行うので、アッセイステップを指定された時間に実行することができます。

自動ELISAソリューションについて

自動化には多くのフレキシブルなオプションがあります。ELISAワークフロー用の5つのレディメイドワークセルは、シンプルなプレートローディング機能からより高度な完全自動化ワークセルまで、幅広い自動化ソリューションを提供します。労働集約的なマイクロプレートベースアッセイを自動化することで、研究者が一般的で反復的な手作業に従事する必要性を減らし、ウォークアウェイタイム、スループット、再現性を向上させます。

ELISAワークセルについての詳細や、ワークフロー自動化のスペシャリストへのご相談は、こちらからお問い合わせください。