Comment le système CM20 améliore le processus de culture cellulaire à l’aide de données quantitatives

Introduction

La culture cellulaire marque le point de départ de nombreux types de travaux de recherche clinique et en sciences de la vie. Cependant, le processus actuel de culture cellulaire est peu efficace et repose en grande partie sur l’expérience et les compétences techniques des chercheurs.

Ils doivent sortir les cellules de l’incubateur et les observer au microscope afin d’évaluer leur état. Toutes ces tâches étant effectuées manuellement, les résultats varient en fonction des compétences et de l’expérience du chercheur. Dans certains laboratoires, chaque chercheur cultive plusieurs lignées cellulaires, de sorte qu’il est difficile de maintenir la qualité des cellules nécessaire aux expériences. Pour obtenir des données quantitatives, telles que le nombre de cellules, des échantillons de cellules doivent être trypsinisés et éliminés après chaque mesure. Ce long processus se traduit souvent par des données fragmentaires. Pour résoudre ces problèmes, Olympus a créé le système de surveillance de l’incubation CM20.

Mesure de culture cellulaire à l’aide du système de surveillance CM20

Le système de surveillance de l’incubation CM20 permet de recueillir des données de mesures non destructives sans sortir les cultures cellulaires de l’incubateur. La technologie avancée du scanner permet de collecter des mesures cohérentes et reproductibles et de réduire la quantité de travail et la variabilité inhérentes aux interventions manuelles de différents chercheurs (figure 1).

Figure 1. Mesure continue

Acquisition d’images en continu

Le système est simple d’utilisation. Pour commencer, placez votre récipient de culture sur le système de surveillance CM20 et réglez la fréquence et les positions des observations ; le système commence alors à acquérir des images (figure 2). Ainsi, vous n’avez plus besoin d’établir une planification pour observer les cultures et de noter les positions d’observation à la main. De plus, comme le système surveille l’évolution de votre culture au fil du temps et aux mêmes positions, vous pouvez vérifier le comportement des cellules et leur processus de croissance (figure 3).

Figure 2. Comparaison des deux systèmes de mesure cellulaire
 

Figure 3. Observation de l’évolution dans le temps à une même position

Des données quantitatives à moindre effort

Grâce à la technologie de traitement des images et d’apprentissage automatique, le système de surveillance CM20 peut compter les cellules et effectuer une analyse de la confluence à partir d’images, puis générer des données quantitatives grâce à un paramétrage simple. Par exemple, si les paramètres définis par des chercheurs expérimentés sont partagés au sein du laboratoire, la même analyse sera effectuée sur les images acquises afin de garantir la cohérence des résultats.
 

Numération cellulaire

Le nombre de cellules est calculé après identification des noyaux des cellules à l’aide d’un algorithme qui reconnaît le pic de luminosité. Il peut être ajusté en modifiant la taille des cellules et les paramètres de contraste (figure 4).

Figure 4. Numération cellulaire ; les noyaux cellulaires sont marqués en bleu

Analyse de la confluence

La confluence cellulaire est calculée par un algorithme qui utilise les caractéristiques des variations de luminosité entre la partie occupée par les cellules et le fond de l’image. Le paramétrage permet d’ajuster la partie occupée par les cellules et le fond en marquant les images et en utilisant ensuite l’apprentissage automatique (figure 5).
 

Figure 5. Analyse de la confluence (à gauche : image marquée pour l’apprentissage automatique ; à droite : résultat de l’analyse de la confluence)

Comparaison de la croissance de différentes lignées de cellules CSPi

Pour tester les résultats obtenus avec le système CM20 et ceux obtenus par un chercheur surveillant manuellement des cultures cellulaires, nous avons collaboré avec iPS Portal, Inc. afin d’acquérir des données sur deux lignées cellulaires.

Cellules ： cellules CSPi（1231A3、201B7）
Période ： 1 semaine
Récipient ： microplaque 6 puits
Chercheur ： 1 personne

Figure 6. Un incubateur a été équipé de deux systèmes de surveillance CM20 sur lesquels a été placé un récipient de culture contenant l’une des deux lignées cellulaires
 

D’après l’expérience du chercheur, la lignée cellulaire 1231A3 s’est multipliée plus facilement que la lignée 201B7. Cependant, l’acquisition manuelle des données étant compliquée, la différence au niveau de leur capacité de prolifération était peu évidente. Pour évaluer cette capacité, nous avons acquis des images et des données de confluence pour chaque lignée cellulaire à l’aide du système de surveillance de l’incubation CM20.

Figure 7 : Les informations qualitatives contenues dans les images montrent que les confluences des deux lignées cellulaires diffèrent au même jour de culture.
Figure 8 : D’après les informations quantitatives sur la densité cellulaire, notamment après le cinquième jour, il est clair que la capacité de prolifération de la lignée cellulaire 1231A3 est 3 à 6 % supérieure à celle de la lignée 201B7.

Sur la base des données ci-dessus, la différence entre les taux de croissance des deux lignées cellulaires, identifiée par le chercheur grâce à son intuition et son expérience, a été clarifiée par les données quantitatives obtenues à l’aide du système CM20. Ce résultat témoigne de l’un des intérêts du système de surveillance de l’incubation CM20 : même si le chercheur responsable change, les données de confluence cellulaire ne subiront que peu de variations, car toutes les cultures sont contrôlées à l’aide du système CM20. Et en cas de valeur anormale, il est facile de revenir en arrière et d’en rechercher la cause. De plus, l’acquisition de ces données pour chaque lignée cellulaire vous permet de comprendre les caractéristiques des cultures de ces lignées et d’effectuer des transitions expérimentales au moment opportun.

Conclusion

Grâce au système de surveillance de l’incubation CM20, les utilisateurs peuvent facilement et intuitivement acquérir des données quotidiennes sur des cultures cellulaires (images de cellules, numérations cellulaires et confluence des cellules). Ces données permettent aux utilisateurs de mieux comprendre les facteurs responsables des variations affectant les cultures cellulaires et de les éliminer et d’améliorer ainsi la qualité des cellules et la reproductibilité des expériences sur les cellules.

Auteur

Shogo Usui
Service d’ingénierie électrique SSPD
Olympus Corporation