自動ワークフローによる
次世代オルガノイドのエンジニアリング #SLAS2022

SLAS2022、Society for Lab Automation and Screeningカンファレンスでは、今年も革新的なラボ自動化技術を学ぶことができました。直接参加された方にも、バーチャル・イベント・ページからオンラインで参加された方にも、複雑な生物製剤ワークフローを自動化するための新しい手法やプロトコルをご紹介することができました。

ここでは、次世代オルガノイドのエンジニアリングにおける新たな進歩から、3D細胞培養、モニタリング、ハイコンテントイメージングのための自動ラボワークフローの開発まで、多岐にわたる貴重なトピックを扱ったポスター発表の概要をご紹介します。

1. 自動スクリーニングアッセイ用腸管オルガノイド。オルガノイド形態のハイコンテントイメージングと解析

著者：Oksana Sirenko, PhD（Sr.サイエンティスト）、Krishna Macha, PhD（リサーチサイエンティスト）、Angeline Lim, PhD（アプリケーションサイエンティスト

様々な組織を表現する3D細胞モデルは、複雑な生物学的効果、組織構造、機能性の研究にうまく利用されてきました。しかしながら、3Dモデルの複雑さは、研究や薬剤スクリーニングに広く採用されるには依然としてハードルとなっています。

ここでは、オルガノイド培養を自動化するためのワークフローについて述べます。このオートメーション法は、自動細胞培養、モニタリング、ハイコンテントイメージングを提供する複数のインストゥルメンテーションからなる統合ワークセルを利用しています。この統合システムには、当社のImageXpress® Confocal HT.aiハイコンテントイメージングシステム、自動CO₂インキュベーター、自動リキッドハンドラー（Biomek i7）、および協働ロボットが含まれます。腸管オルガノイドの播種、培地交換、発生のモニタリングを自動化する方法を開発しました。さらに、この方法により、化合物試験の自動化と表現型の変化の評価が可能になりました。

このポスター発表では、我々の方法について説明し、オルガノイドアッセイと化合物スクリーニングのスループット向上とオートメーションに使用するツールを実演します。また、これらの複雑なシステム、疾患表現型、および化合物の効果についてより多くの情報を得ることができる解析アプローチも提案します。

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2. Organ-on-a-chipアッセイの自動化：培養、イメージング、血管新生解析の自動化

著者：Angeline Lim博士（アプリケーションサイエンティスト）、Oksana Sirenko博士（Sr.サイエンティスト）、Arthur Stok、Matthew Delport（MIMETASプロダクトマネージャー）、Francis Enane、Bhagya Wijayawardena

よりヒトの生物学に近い生物製剤の必要性が高まっています。様々な組織を表現する3D細胞モデルやOrgan-on-a-chip構造は、複雑な生物学的効果、組織構造、機能性の研究に成功裏に利用されました。OrganoPlate®は、生きた細胞の3Dマイクロ流路ベースの長期培養を可能にするOrgan-on-a-chipプラットフォームとして開発されました。しかし、3Dモデルは複雑であるため、研究や薬剤スクリーニングに広く採用するには依然としてハードルが高いです。細胞培養、アッセイ、解析のオートメーションは、Organ-on-a-chipシステムの使用を促進し、スケールアップするために必要なツールを提供することができます。

ここでは、Organ-on-a-chip培養のオートメーション、および細胞解析のモニタリングと自動化のためのワークフローについて述べます。このオートメーション手法は、細胞培養の自動化とモニタリングを可能にする複数のインストゥルメンテーションからなる統合ワークセルを利用します。私達は、細胞播種、培地交換の自動化、および3D血管系の発達と成長のモニタリングのための方法を開発しました。さらに、これらの方法は、自動化された化合物試験と毒性効果の評価を容易にします。我々は自動化プロセスの例として血管新生アッセイを用いました。

このポスター発表では、3Dにおける血管新生の芽の範囲と複雑さを定量的に特徴付けることを可能にした表現型リードアウトについて概説します。また、設計された自動化技術が、化合物スクリーニングやOrgan-on-chip技術をハイスループットで使用する際に、どのように広く応用可能であるかについても議論します。

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3. ディープラーニングベースの標識不要画像解析を用いた自動化ベースの3Dオルガノイド培養ワークフロー

著者：Angeline Lim, PhD, アプリケーションサイエンティスト; Misha Bashkurov, PhD, プロダクトオーナー; Joe Chen, オートメーションソリューションエンジニア; Oksana Sirenko, PhD, シニアサイエンティスト

3D細胞培養モデルシステムは、2D細胞培養よりもin vivoの微小環境を再現しやすいため、ますます人気が高まっています。3Dオルガノイドは、多能性幹細胞や成体幹細胞由来の細胞集合体であり、自己組織化して器官様構造を形成することができます。これらのオルガノイドは安定した分化能と急速な成長能を持ち、そのためオルガノイド・モデル・システムは、疾患モデリング、薬剤スクリーニング、精密治療において大きな可能性を秘めています。

モデル系としてオルガノイドを使用するために利用可能な技術は、より確立された2D培養や動物モデルと比べると、まだ発展途上にあります。オルガノイドのバッチ間の再現性に取り組み、オルガノイド培養のプロセスを標準化し改善するためには、さらなる開発が必要です。さらに、オルガノイドの作製と維持のための現在のプロトコールは複雑で時間がかかり、大規模な手作業を必要とします。

私たちは、3D肺オルガノイドの培養とモニタリングに自動ワークセルを使用することの実現可能性を実証しますので、ポスター発表にお申し込みください。これらの結果は、腸、脳、患者由来組織などの他の3D細胞モデルにもアダプター可能な基礎的ワークフローを提供し、他の下流アプリケーションのための3Dオルガノイド生産のスケールアップを可能にします。

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4. セルペインティングアッセイに基づく表現型プロファイルの簡便で使いやすい自動ワークフロー

著者：Angeline Lim, PhD, アプリケーションサイエンティスト; Michael Hayes, PhD, Beckman Coulter Life Sciences; Francis Enane, PhD, Sr. アプリケーションサイエンティスト、ベックマン・コールター・ライフサイエ ンス、Michael Hayes博士、Francis Enane博士、Core Life Analytics共同設立者兼CEO、 David Egan博士、Core Life Analyticsアプリケーションサイエンティスト、Victor Wong博士。

セルペインティングアッセイのようなマルチパラメトリックハイコンテントスクリーニングアプローチは、創薬プログラムから機能ゲノム研究スクリーニングに至るまで、多くのアプリケーションでますます使用されるようになってきています。セルペインティングアッセイでは、最大6種類の蛍光色素を用いて、様々な細胞小器官を単一細胞レベルで標識・可視化します。アッセイから抽出された形態学的特徴は、細胞の概観を提供するユニークな細胞「シグネチャー」を与えます。

セルペインティングアッセイは通常、複数のアッセイプレートを用いてスケールアップして実施されます。ワークフローは時間と労力を要し、スクリーニングを完了するのに数日を要します。リキッドハンドラーを含む自動化の使用は、これらのプロセスを合理化し、貴重なユーザーの時間を節約し、アッセイのスループットを向上させるのに役立つ可能性があります。さらに、これらの実験から生成される膨大な量のデータは、意味のある情報を抽出するために、強力なソフトウェアと計算ツールを必要とします。このような大規模なデータセットの解析を実行するために必要なコンピューティング要件は、小規模な研究室では技術的手段を超えているかもしれません。

ここでは、セルペインティングアッセイ用の完全自動ワークフローを開発し、アッセイのスループットを向上させながら、作業時間の短縮とユーザーによる操作ミスの低減という利点を付加しました。

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5. SpectraMax i3xマルチモードマイクロプレートリーダーを用いたTECHNOTHROMBIN TGAキットによるトロンビン生成の評価

著者：Cathy Olsen, PhD, アプリケーションサイエンティスト

血漿サンプル中のトロンビンの生成を評価することにより、凝固メカニズムの理解を深めることができます。トロンビン濃度の時間依存的変化をフレキシブルなプラットフォームで測定したいという研究者のニーズに応えるため、テクノクローンは、発蛍光性基質を用いたプレートリーダー対応のカイネティックアッセイフォーマットであるTECHNOTHROMBIN® TGAキットを開発しました。基質の切断は、血漿中の異なる濃度の組織因子と負に帯電したリン脂質による凝固カスケードの活性化によって起こります。

研究者はこのキットを用いて3種類のトリガーから選択し、凝固メカニズムの異なる領域を研究することができます。これらの分野には、血栓症、血友病、抗凝固、微粒子の血栓形成能、薬剤開発研究などが含まれます。3つのトリガーはすべてSpectraMax® i3x マルチモードマイクロプレートリーダーでテストされ、優れた結果が得られました。

SoftMax Pro®ソフトウェアでデータを作成した後、データをテクノクローンのTECHNOTHROMBIN TGA評価ファイルに転送し、トロンビン生成曲線に基づいてすべてのトロンビン生成パラメーターを計算しました。このポスターは、SpectraMax i3xリーダーとTECHNOTHROMBIN TGAキットの組み合わせが、研究用として精度の高いトロンビン生成アッセイを行うための理想的なプラットフォームを提供することを示しています。

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3Dバイオロジーのワークフローを自動化するソリューションをご紹介します。

3D組織モデルと画像の利点を探求し始めたばかりでも、高度な3Dワークフローを活用している場合でも、オルガノイドの取得と分析に伴う複雑な問題に対するソリューションを提供します。

オルガノイドイノベーションセンターでは、お客様、研究者、社内研究者が一堂に会し、オルガノイド培養とスクリーニングのオートメーションワークフローをテストする最新のコラボレーション・スペースをご覧いただけます。3D培養ワークフローを自動化し、革新的な3Dバイオロジー手法と技術を迅速に導入することで、ラボのコストを削減し、研究の限界を押し広げましょう。