Acelerando o sucesso dos experimentos com um processo de trabalho de cultura de células sistemático

A expansão e a modernização do processo de cultura de células estão aumentando a demanda por tecnologias que permitem uma padronização, documentação precisa, maior velocidade e redução das cargas de trabalho. Este informe técnico descreve soluções que apoiam um processo de trabalho de cultura de células padronizado e eficiente para ajudar a acelerar o sucesso dos experimentos em aplicações baseadas em culturas de células.

Crescente demanda por um melhor processo de trabalho de cultura de células

Um processo de cultura de células eficaz cria a base para o sucesso em aplicações em todo o setor de ciências da vida e farmacêutico, desde a pesquisa sobre células-tronco e câncer até a medicina regenerativa. A capacidade de observar e documentar com precisão as células conforme elas crescem, se proliferam e se diferenciam in vitro é essencial para garantir a qualidade e reprodutibilidade ao longo de todo o processo de trabalho de cultura de células. Para lidar com isso, muitos laboratórios estão apresentando tecnologias que apoiam a padronização e uma documentação precisa, ao mesmo tempo que aumentam a velocidade e a eficiência.

Apoiando a eficiência, padronização e documentação em culturas de células

Em sua essência, o processo de cultura de células envolve a quantificação da proliferação e da densidade celular (também conhecida como confluência) ao avaliar a morfologia celular. A adaptação a um processo de trabalho de cultura de células que torna esses processos mais eficientes, precisos e padronizados ajuda a melhorar a reprodutibilidade dos experimentos posteriores:

• A padronização das condições garante que as amostras sejam comparáveis entre pesquisadores e experimentos. As células cultivadas sob condições inconsistentes podem demonstrar padrões de crescimento e expressão gênica alterados, afetando a função celular.
• A documentação dos resultados fornece uma representação precisa do comportamento das células ao longo do tempo, permitindo a rastreabilidade para futuras referências, auditorias, consultas de avaliações por pares ou pedidos de patentes.
• A velocidade e a eficiência mantêm a cultura saudável ao minimizar o tempo que as células ficam fora das condições de incubação ideais; um processo de trabalho rápido também libera tempo para que os cientistas foquem em outras tarefas.

O processo de cultura de células moderno pode aproveitar as melhorias dos sistemas de cultura de células clássicos, como o microscópio invertido, incorporando ao mesmo tempo avanços tecnológicos que auxiliam a automação do laboratório de culturas de células (Figura 1).

Figura 1. Tecnologias que apoiam um processo de trabalho de cultura de células otimizado

Características de hardware de um microscópio para cultura de células aperfeiçoado

O sucesso no cultivo de células é resultado de uma observação perspicaz e da eficiência do processo de trabalho. Com a evolução da microscopia, os sistemas designados para a observação e análise de culturas de células incorporaram várias características de hardware para lidar com os desafios do processo de trabalho (Figura 2).

Figura 2. O microscópio para cultura de células CKX53 (à esquerda) e o sistema de monitoramento de incubação Olympus Provi™ CM20 (à direita) oferecem características para simplificar a padronização e o controle de qualidade no processo de trabalho de cultura de células.

Por exemplo, os componentes ergonômicos, como o posicionamento natural das mãos para focagem e amostragem, aumentam a velocidade do processamento das células. Isso beneficia as culturas de células ao reduzir o tempo que as células passam fora das condições de incubação ideais. O tempo extra fora de uma incubadora aumenta o risco de contaminação e pode causar tensão nas células, o que pode alterar a fisiologia e levar a inconsistências entre as amostras.

Esses sistemas também apresentam um design compacto para caber dentro de cabines de biossegurança. É possível realizar a observação em um ambiente estéril, reduzindo o risco de contaminação.

Observação de alto contraste consistente para culturas de células

Outra melhoria do processo de trabalho de cultura de células é a capacidade de realizar observações de alto contraste rápidas. A combinação dos microscópios para cultura de células com ópticas avançadas fornece uma visão ampla e nítida que possibilita uma triagem rápida e eficiente.

Os avanços nos métodos de observação também melhoram o processo de formação de imagem da cultura de células. O contraste de fase é um método popular entre os biólogos celulares. No entanto, para aplicar corretamente este método, é necessário preparar e centralizar cada objetiva e usar cada uma delas com o seu anel de fase apropriado. Isso pode ser demorado e levar a erros se os pesquisadores alinharem mal ou usarem os anéis de fase incorretos entre os aumentos.

Para resolver isso, a Evident oferece a tecnologia de contraste de fase integrado (iPC), que fornece uma imagem de alto contraste sem a necessidade de trocar o anel de fase entre as objetivas de 4X–40X. Esse processo de trabalho mais simples melhora a eficiência e elimina um potencial ponto de inconsistência entre os pesquisadores.

Versatilidade para uma ampla gama de tarefas de observação e análise

Ampliando a versatilidade do microscópio para cultura de células, as capacidades de formação de imagem de fluorescência permitem que o pesquisador realize observações de rotina e estudos funcionais no mesmo sistema. Isso economiza tanto espaço quanto dinheiro. É possível usar um único sistema para vários estágios do processo de trabalho de cultura de células: do monitoramento da semeadura, proliferação e passagem à formação de imagem de fluorescência de alto contraste dos ensaios celulares usando uma ampla gama de colorações.

Aquisição de imagem simples e flexível

Uma parte importante do processo de cultura de células é a documentação de rotina das células por meio da formação de imagem. Muitos microscópios invertidos para cultura de tecidos têm a flexibilidade de adicionar várias câmeras digitais para que o pesquisador possa formar imagens enquanto trabalha.

Até recentemente, essas câmeras precisavam ser conectadas a um computador de formação de imagem. Um computador pode ocupar um espaço de bancada valioso na sala de cultura de tecidos, e a conexão com fios entre a câmera e o computador exigia que os dispositivos fossem posicionados próximos um do outro, limitando o posicionamento de ambos os itens. Os sistemas de câmera modernos lidam com esses desafios através de opções de formação de imagem flexíveis e que poupam espaço. Por exemplo, a câmera Olympus EP50 pode conectar-se sem fio a uma variedade de dispositivos diferentes: um computador, tablet ou smartphone. Essa configuração sem fio também permite mover o microscópio pelo espaço de cultura de tecidos e posicioná-lo em locais convenientes.

Adicionando uma maior flexibilidade, a câmera EP50 tem opções de sistema operacional, software e armazenamento incorporadas diretamente na câmera. Como resultado, é possível montar um monitor diretamente na câmera para criar uma solução de formação de imagem completa. Essa configuração elimina a necessidade de ter um computador externo completamente. A unidade inteira também pode ser usada com segurança dentro de uma cabine de biossegurança, permitindo a formação de imagem em um ambiente estéril.

Figura 3. Microscópio para cultura de células CKX53 e câmera EP50

Gerando dados de crescimento celular quantificáveis

Um aspecto essencial de uma cultura de células de sucesso é o monitoramento a longo prazo adequado do crescimento e da confluência celular. O crescimento da cultura de células passa por três fases distintas: fase de latência, fase exponencial e fase estacionária (Figura 4).

Figura 4. Crescimento celular

A proliferação celular começa na fase de latência, transformando-se na fase exponencial conforme a concentração do fator de crescimento aumenta. Quando os nutrientes são consumidos ou a densidade celular aumenta, a inibição de contato ocorre e a proliferação celular estagna. Escolher o momento certo para processar as células em proliferação é crucial, pois ajuda a garantir que elas cresceram o bastante para um rendimento suficiente, mas ainda não atingiram a saturação.

Seja no preparo de amostras de células para a passagem, experimentação posterior ou armazenamento, uma contagem de células precisa é essencial pelos seguintes motivos:

• Passagem: densidades de semeadura consistentes indicam que as culturas crescem com o mesmo ritmo e saúde
• Experimentação posterior: contagens de células idênticas viabilizam resultados comparáveis
• Armazenamento: saber a concentração e viabilidade das células em cada frasco é importante ao recuperar uma linha celular do armazenamento

As estimativas de confluência e contagem de células muitas vezes são realizadas visualmente, o que pode ser altamente variável. Se você colocar a mesma placa de células na frente de vários pesquisadores, é possível que obtenha uma ampla variedade de contagem de células e confluência.

Consistência no monitoramento

Embora um microscópio convencional possa ajudar a garantir que as culturas estejam sendo avaliadas consistentemente, é igualmente importante que as culturas sejam monitoradas regularmente. Se as células não forem verificadas nos dias corretos ou até mesmo na hora correta do dia, o horário ideal para a passagem ou outra variação experimental pode ser perdido (Figura 5). A passagem em um horário incorreto ou inconsistente também pode causar problemas posteriores em culturas e experimentos. Ao combinar o software de cultura de células com um sistema de monitoramento de incubação para um monitoramento constante, os pesquisadores podem saber exatamente quando as células estão prontas para a passagem.

Figura 5. O monitoramento constante do crescimento celular possibilita um processo padronizado.

Análise de células automatizada usando inteligência artificial

Os sistemas de monitoramento de incubação, como o sistema CM20, oferecem um software avançado de inteligência artificial. A análise de células orientada por IA permite que os usuários avaliem automaticamente a saúde das culturas de células usando parâmetros consistentes, reduzindo o erro humano e proporcionando linhas celulares mais precisas e reproduzíveis.

Além disso, esses dados e parâmetros de análise podem ser facilmente armazenados, reutilizados e transferidos. Isso reduz o tempo de treinamento e ajuda a garantir que diferentes usuários em todo o laboratório sigam os mesmos procedimentos para avaliar a saúde das células.

Ao padronizar seu processo de trabalho através da coleta de dados quantitativos, é possível detectar uma cultura de células anormal no início do processo, economizando tempo e minimizando o uso de consumíveis de laboratório caros em culturas de células que não podem ser usadas.

Mudando o paradigma da cultura de células com o monitoramento remoto

Outra melhoria no processo de trabalho de cultura de células é o monitoramento das culturas de células. Em um processo de trabalho de cultura de células convencional, o pesquisador deve estar presente para avançar manualmente no processo de monitoramento da cultura. Os sistemas de monitoramento de incubação, como o sistema CM20, podem monitorar as placas de cultura de células continuamente sem a necessidade de intervenção do pesquisador. Esses dispositivos são colocados diretamente na incubadora de cultura de células e fornecem dados quantitativos da cultura de células remotamente (Figura 6).

Figura 6. O sistema de monitoramento de incubação CM20 adquire dados das células na incubadora.

Melhorando a saúde das células

Os sistemas de monitoramento da incubadora são naturalmente eficientes para manter a saúde das células. Uma vez que eles são colocados diretamente na incubadora, as placas de cultura de células não precisam ser removidas da incubadora para o monitoramento regular. Isso garante que as células sejam consistentemente mantidas nas condições ideais e reduz o risco de contaminação.

Os sistemas de monitoramento da incubadora também podem usar métodos de iluminação durante a formação de imagem designados especificamente para apoiar a viabilidade das células. A superexposição aos métodos de iluminação de campo claro usados em microscópios convencionais pode ser prejudicial para as células. Para solucionar isso, o sistema de monitoramento de incubação CM20 usa um método de iluminação alternativo chamado iluminação episcópica oblíqua. A iluminação episcópica oblíqua usa um LED de 630 nm para reduzir a fototoxicidade, mesmo com a observação contínua.

A combinação de um sistema de monitoramento da incubadora e um software de cultura também permite a geração simplificada de dados de crescimento celular quantificáveis que são usados para criar um registro de crescimento preciso, evitando a dissociação e a contagem na solução desnecessárias para a otimização das condições da cultura. Esses sistemas são projetados para transmitir dados remotamente, para que o pesquisador possa monitorar o progresso de sua cultura onde quer que esteja (Figura 7).

Figura 7. Veja os dados da cultura de células remotamente usando o sistema CM20.

Reprojetando o processo de trabalho de cultura de células

A cultura de células é o alicerce das aplicações de ciências da vida, e resultados de alta qualidade demandam um processo de cultivo de células de alta qualidade. Embora o campo da cultura de células seja um campo maduro, novas tecnologias estão constantemente promovendo melhorias incrementais e significativas para garantir resultados consistentes, eficientes e quantificáveis.

Os atuais microscópios para cultura de células fornecem uma ergonomia melhor, ópticas melhores e mais consistentes e a flexibilidade para incorporar mais modalidades de formação de imagem, como a fluorescência.

Os sistemas de monitoramento da incubadora possibilitam a aquisição de dados quantitativos continuamente, minimizando o dano às células e eliminando uma quantidade significativa de trabalho manual de rotina.

Esses sistemas funcionam melhor em conjunto. Embora os sistemas de monitoramento da incubadora substituam uma carga de trabalho significativa de monitoramento de rotina, contagem de células precisa e passagem, a avaliação de células fluorescente ainda é mais bem-sucedida com um pesquisador treinado em um microscópio.

Criando um novo processo de trabalho que adota tecnologias de laboratório inteligentes, os cientistas podem criar um sistema de cultura de células eficiente, totalmente documentado e altamente padronizado. Como resultado, os cientistas podem acelerar seu trabalho de experimentos de ciências da vida e aplicações de medicina regenerativa.

Autor

Joanna Hawryluk, Gerente de Produtos, Evident
Avi Smith, Gerente de Produtos, Evident