
把接种、换液和药物测试接到同一流程
三维球状体的大小和形态会受到接种、吸液位置与换液速度影响,操作差异可能继续影响药物实验。德国 mo:re 团队在 Scientific Reports 报道台式自动培养平台 MO:BOT,用 HepG2 肝球状体检验一套连续操作方案。
这次研究采用人肝癌细胞系 HepG2,在 96 孔超低吸附板中每孔接种 2,000 个细胞。第 4 天换液并加入药物,第 5 天进行终点检测。自动移液与明场成像在平台内完成,球状体的培养则仍在常规培养箱中进行。
自动移液方案根据球状体位置控制吸液深度和速度,给沉底聚集体保留保护空间。集成图像模块在换液前后检查截面积、圆度和椭圆度,便于观察操作本身是否改变培养物。
自动操作减少面积差异,白蛋白分泌保持相近
研究首先比较自动与手工接种和维持。第 4 天,两组都形成较紧密的球状体;自动组的面积变异系数为 8.3%,手工组为 15.3%。不同实验批次中,自动组的面积差异也较小。
从第 4 天到第 5 天,手工组平均截面积由约 0.37 mm² 降至 0.16 mm²,自动组则较稳定。换液前后的比较同样显示,手工组面积下降较明显;两种操作下的整体形状指标变化较小。
第 5 天的 ATP 检测先按球状体截面积归一化。自动组的该项活性指标约为手工组的 1.4 倍,白蛋白分泌量则没有显著差别。自动化带来的主要改善是球状体均一性和操作后活性保持。
ATP 检测值随 APAP 浓度下降,外形变化较少
随后,团队在自动培养球状体中加入不同浓度的对乙酰氨基酚(APAP),观察 24 小时反应。最高测试浓度为 100 mM,面积归一化 ATP 检测值随浓度升高而下降,拟合半数效应浓度 EC50 为 40.93 mM。
低浓度下球状体仍较紧密;约 40 mM 以上透明度逐渐降低,100 mM 时边缘更模糊。截面积在 50 和 100 mM 增加,但整体圆度和椭圆度未呈同样清楚的浓度变化。因此,单看球状体外形难以覆盖全部细胞损伤。
两种操作保留相近毒性反应,ALT 检测差异较大
团队再用接近 EC50 的浓度,同时比较自动和手工球状体。药物处理后,手工组 ATP 检测值约为参照的 47%,自动组约为 45%;对应 LDH 细胞毒性指标分别约为 53% 和 55%。这些组间差别没有统计学显著性。
团队用 ELISA 检测培养上清中的丙氨酸氨基转移酶(ALT)含量,两组均随药物处理升高,自动组的变化更明显、重复间差异更小。该项指标的变异系数为 25.0%,低于手工组的 43.7%。不同检测因此提供了互补信息:ATP 和 LDH 显示相近毒性反应,ALT 的检测稳定性在自动组得到改善。
先验证操作流程,再拓展更复杂的肝模型
这次验证集中于 1 个细胞系和 1 种药物。HepG2 相比原代肝细胞的药物代谢能力较弱,需要较高 APAP 浓度才出现明显损伤。作者将其作为稳定、易操作的流程验证模型。
团队提出继续接入原代肝细胞、iPSC 来源细胞及更复杂的三维模型。后续需要分别考察这些模型的接种、换液和药物检测条件,才能判断自动流程在更广泛药物评价任务中的效果。