Application Note 細胞株開発の生産性を高める自動化技術：
CloneSelect Imager活用事例

はじめに

細胞株開発では、安定性があり、良好に増殖し、高収率でバイオ製品を産生するわずかなクローンを見つけるために、数万ものクローンをスクリーニングする必要があります。さらに、FDAの規制をクリアするためには、目的のバイオ製品が単一クローン（すなわちモノクロナリティ）に由来することを証明しなければなりません。そのため、研究者は多数のクローンを細胞単位でスクリーニングするという、時間のかかる煩雑な作業を課せられることが多いです。この負担を大幅に軽減するために、モレキュラーデバイスはCloneSelect™ Imagerを開発しました。この自動細胞イメージングシステムは、シングルセルの画像を取得し、その増殖を経時的にモニタリングすることができます。本資料では、スループットを段階的に向上させた3つの事例をご紹介します。これらの事例では、CloneSelect Imagerを自動化ワークフローに統合し、作業負荷を大幅に改善しました。

事例1では、1日で数千のクローンを手作業でスクリーニングする負担を軽減するために設計されたシンプルな自動化ソリューションを紹介します。事例2では、クローンのモニタリングを2～3週間など、必要な期間にわたって自動化する能力を示します。事例3では、クローンのモニタリングと、産生されるバイオ製品の品質評価を組み合わせる方法の概要を説明します。

事例1 – 96ウェルマイクロプレートの自動搬送によるセルコロニーイメージング

装置構成：CloneSelect Imager + ロボットアーム + プレートホテル

モノクロナリティを証明するための戦略は多数ありますが、リミティングダイリューション後のシングルセル画像を提供することは、比較的容易で決定的な証拠となるため、重要な役割を果たしてきました。しかし、数千のクローンについてシングルセルの画像を取得する作業は、手動の顕微鏡で行う場合、非常に骨の折れるプロセスです。そこでCloneSelect Imagerは、マルチウェルプレート全体を迅速にイメージングし、各ウェルにシングルセルが存在するかどうかを評価し、その後の増殖をモニタリングできるように開発されました。（詳細は「Rapid monoclonality verification methods to boost cell line development」をご参照ください。）スタンドアロンの装置としては、CloneSelect Imagerは一度に1枚のプレートしかイメージングできないため、ユーザーが手動でプレートをロードする必要があります。

しかし、CloneSelect Imagerをサードパーティ製ロボットと完全に統合することで、1回のランで室温下に48枚のプレートを処理できるようになり（図1）、お客様のウォークアウェイタイムは2時間以上大幅に増加しました。

事例2 – インキュベーターからセルイメージングへの96ウェルマイクロプレートの自動搬送と戻り

装置構成：CloneSelect Imager + ロボットアーム + インキュベーター

事例1では、日常的なウォークアウェイタイムを確かに増加させましたが、プレートホテルへのプレートの積み込みと取り出しは毎日必要でした。さらに、ランの間、プレートは室温に置かれるため、長期的な生存性には理想的ではありません。この課題を解決するため、CloneSelect Imagerをインキュベーターとロボットアームで統合しました（図2）。これにより温度変動が減少し、お客様はプレートに触れることなく2～3週間実験から離れることができ、生産性を向上させるとともに、コンタミネーションやプレートハンドリングによる変動を低減しました。この例では42枚のプレートを収容するインキュベーターとの統合を紹介しますが、約200枚のプレートを収容する大容量インキュベーター向けのソリューションも提供しています。

事例3 – インキュベーターからCloneSelect Imagerへの96ウェルマイクロプレートの自動搬送と、下流解析用プレートへの上清自動移送

装置構成：CloneSelect Imager + ロボットアーム + インキュベーター + リキッドハンドラー

シングルセルがコロニーに成長した後の次のステップは、その生産性を評価することです。これは、モレキュラーデバイスのSpectraMax® i3x マルチモードマイクロプレートリーダーを用いたELISAによる抗体検出や、ForteBioのOctet® Systemを用いたラベルフリー法など、さまざまな方法で実施できます。

通常、このプロセスでは、十分に成長したクローンから上清を採取する必要がありますが、クローンの成長速度が異なるため、手動で行うのは困難です。ここでは、シングルセルをマルチウェルプレートに播種し、インキュベーターにロードしてCloneSelect Imagerで2週間にわたり増殖をモニタリングする自動化ソリューションを紹介します（図3）。この2週間の間に、コンフルエンシーが80％を超えたウェルが自動的に下流解析用に選択され、クローンの成長速度の違いに対応しました。フラグ付けされたウェルの上清は、Beckman Coulter製の自動リキッドハンドラーを使用して吸引され、ELISA評価用のマルチウェルプレートに移送されました。

まとめ

細胞株開発のタイムライン短縮に対する需要が高まる中、これら3つの事例で示したような自動化ソリューションは、ウォークアウェイタイム、スループット、信頼性を向上させ、抗体候補を細胞株開発パイプラインに進めるために必要な要件を満たします（表1）。さらに、高スループットを提供するだけでなく、信頼性の高い高品質データが確実に取得・記録されることが重要です。

表1. 各カスタマイズされた自動化ワークフローのメリットを示す概要