¿Cómo el sistema CM20 mejora el proceso de cultivo celular con datos cuantitativos?

Introducción

Los cultivos celulares son el punto de inicio para muchos tipos de investigaciones clínicas y de ciencias de la vida. Sin embargo, el proceso de cultivo celular actual no es eficiente y se basa en gran medida en la experiencia y la técnica de los investigadores cualificados.

En el proceso actual, los investigadores sacan las células de la incubadora y las observan bajo un microscopio para evaluar su estado. Debido a que este proceso se lleva a cabo de forma manual, los resultados varían dependiendo de la habilidad y la experiencia del investigador. En algunos laboratorios, cada investigador cultiva varias líneas celulares y esto dificulta el mantenimiento de la calidad celular necesaria para los experimentos. Para obtener datos cuantitativos, como el número de células, las muestras tenían que despegarse y desecharse después de cada medición. El resultado de todo ello es la generación de un proceso muy arduo y prolongado y, algunas veces, la obtención de datos fragmentarios. Para responder a estos desafíos, Olympus ha creado el sistema de monitorización de incubación CM20.

Medición de cultivo celular con el sistema de monitorización CM20

El sistema de monitorización de incubación CM20 proporciona datos de medición no destructivos mientras que los cultivos celulares permanecen dentro de la incubadora. La tecnología avanzada del escáner proporciona mediciones uniformes y reproducibles para reducir la mano de obra y las variaciones que suelen aparecer cuando distintos investigadores ejecutan sus propias mediciones (Figura 1).

Figura 1. Medición continua

Adquisición permanente de imágenes

El sistema es fácil de usar. Para empezar, se coloca la placa de cultivo en el monitor CM20 y se ajusta la posición y el tiempo de observación. El sistema empezará a adquirir imágenes (Figura 2). Esto evita que los investigadores tengan que programar un calendario para observar los cultivos y anotar la posición de observación manualmente. Además, como el sistema supervisa los cambios producidos en su cultivo en el tiempo y en las mismas posiciones, podrá confirmar el comportamiento de las células y los procesos de crecimiento (Figura 3).

Figura 2. Comparación de medición celular
 

Figura 3. Observación de los cambios en el tiempo y en la misma posición

Datos cuantitativos con menos esfuerzo

Gracias al procesamiento de imágenes y la tecnología de aprendizaje automático, el sistema de monitorización CM20 puede contar las células y ejecutar análisis de confluencia a través de las imágenes a fin de crear datos cuantitativos mediante ajustes sencillos en los parámetros. Por ejemplo, si los parámetros determinados por investigadores experimentados se comparten en el laboratorio, el mismo análisis se llevará a cabo en las imágenes adquiridas con el fin de obtener resultados uniformes.
 

Recuento celular

El número de células se calcula mediante la identificación del núcleo celular con un algoritmo que reconoce el brillo máximo. Es posible ajustarlo al cambiar el tamaño celular buscado y los parámetros de contraste (Figura 4).

Figura 4. Recuento celular. El núcleo de la célula se marca de color azul

Análisis de confluencia

La confluencia celular se calcula mediante un algoritmo que usa las características de los cambios de brillo entre la sección celular y la sección de fondo de la imagen. A modo de parámetro, el área celular y de fondo pueden ser determinadas con el marcado de las imágenes y la aplicación subsecuente del aprendizaje automático (Figura 5).
 

Figura 5. Análisis de confluencia; izquierda: imagen marcada para aprendizaje automático; derecha: resultado del análisis de confluencia.

Comparación de crecimiento celular con distintas líneas celulares iPS

Con la intención de analizar los resultados derivados del sistema CM20 y la supervisión manual de un investigador para los cultivos celulares, se ha trabajado con la empresa iPS Portal Inc. para adquirir datos a través de dos líneas celulares.

Células：células iPS（1231A3、201B7）
Período：1 semana
Recipiente：Placa de 6 pocillos
Investigador：1 persona

Figura 6. Con una línea celular por placa, se colocaron dos monitores CM20 en la incubadora con las placas de cultivo
 

Basándose en la experiencia del investigador, la línea celular 1231A3 se multiplicó de forma más rápida que la 201B7. Sin embargo, dado que la adquisición de datos convencionales es complicada, la diferencia en su capacidad proliferativa no quedaba clara. Para evaluarla, se adquirieron imágenes y datos de confluencia para cada línea celular usando el sistema de inspección de monitorización CM20.

Figura 7: La información cualitativa contenida en las imágenes muestra que la confluencia celular es distinta entre las dos líneas celulares el mismo día del cultivo.
Figura 8: A partir de la información cuantitativa asociada a la densidad celular, especialmente después del día 5, queda claro que la capacidad de proliferación de 1231A3 era del 3 % al 6 % más alta que la de 201B7.

Basándose en los datos anteriores, se pudo aclarar la diferencia en el índice de crecimiento entre las dos líneas celulares, que el investigador reconoció gracias a su intuición y experiencia, por medio de los datos cuantitativos al usar el sistema CM20. Esto demuestra la importancia del sistema de monitorización de incubación CM20; incluso si cambia el investigador responsable, existirá poca variación en los datos de confluencia celular porque todos los cultivos se revisan usando el sistema CM20. Y, si existe un valor anómalo, resulta sencillo volver atrás e investigar la causa. Además, la adquisición de estos datos para cada línea celular le permite comprender las características de los cultivos celulares, lo que permite ejecutar transiciones experimentales en el momento adecuado.

Conclusión

La utilización del sistema de monitorización de incubación CM20 permite a los usuarios adquirir datos de cultivos celulares todos los días de forma sencilla e intuitiva (imágenes de células, recuentos de células y confluencia celular). Estos datos permiten a los usuarios entender mejor los factores que provocan las variaciones en los cultivos celulares y eliminarlas, lo que mejora la calidad de las células y la reproducibilidad de los experimentos celulares.

Autor

Shogo Usui
Servicio de ingeniería eléctrica SSPD
Olympus Corporation