Como o CM20 melhora o processo de cultura de células com dados quantitativos

Introdução

As culturas de células são o ponto de partida para muitos tipos de pesquisa clínica e de ciências da vida. Contudo, o processo de cultura de células atual é ineficaz e está fortemente baseado na experiência e na técnica de pesquisadores qualificados.

No processo atual, os pesquisadores removem células da incubadora e as observam através de um microscópio para avaliar a sua condição. Como esse processo é manual, os resultados variam dependendo da habilidade e da experiência do pesquisador. Em alguns laboratórios, cada pesquisador cultiva várias linhas celulares, tornando difícil manter a qualidade celular necessária para os experimentos. Para obter dados quantitativos, como a quantidade de células, as amostras tinham de ser descamadas e eliminadas após cada medição. E os resultados deste demorado processo são frequentemente dados fragmentários. Para ajudar a enfrentar esses desafios, a Olympus criou o sistema de monitoramento de incubação CM20.

Medição de cultura de células com o sistema de monitoramento CM20

O sistema de monitoramento de incubação CM20 fornece dados de medição não destrutiva enquanto as culturas de células permanecem dentro da incubadora. A tecnologia avançada do escâner fornece medições consistentes e reproduzíveis para reduzir o trabalho e as variações que são comuns quando vários pesquisadores estão realizando as próprias medições (Figura 1).

Figura 1. Medição contínua

Aquisição contínua de imagens

O sistema é fácil de usar. Para começar, coloque o recipiente da cultura no monitor CM20 e defina a posição e o tempo de observação; em seguida, o sistema inicia a aquisição de imagens (Figura 2). Isso elimina a necessidade de os pesquisadores determinarem um cronograma de observação das culturas e de registrarem manualmente a posição de observação. Além disso, como o sistema monitoriza alterações na cultura com o passar do tempo e nas mesmas posições, é possível confirmar o comportamento celular e os processos de crescimento (Figura 3).

Figura 2. Comparação de medições celulares
 

Figura 3. Observação de alterações com o passar do tempo na mesma posição

Dados quantitativos com menos esforço

Usando tecnologias de processamento de imagens e aprendizado de máquina, o sistema de monitoramento CM20 consegue contar células e realizar análises de confluência usando imagens e, posteriormente, criar dados quantitativos com simples definições de parâmetros. Por exemplo, se os parâmetros definidos por pesquisadores experientes forem compartilhados no laboratório, a mesma análise será realizada nas imagens adquiridas para resultados consistentes.
 

Contagem de células

A quantidade de células é calculada através da identificação do núcleo celular usando um algoritmo que reconhece o brilho máximo. É possível realizar ajustes através da alteração dos parâmetros de contraste e do tamanho da célula (Figura 4).

Figura 4. Contagem de células; os núcleos celulares estão marcados em azul

Análise de confluência

A confluência das células é calculada por um algoritmo que usa as características de alterações no brilho entre a porção da célula e a porção de fundo da imagem. Enquanto parâmetro, a parte da célula e o fundo podem ser ajustados através de marcação das imagens e, em seguida, usando aprendizado de máquina (Figura 5).
 

Figura 5. Análise de confluência (à esquerda: imagem marcada para aprendizado de máquina; à direita: o resultado da análise de confluência)

Comparação do crescimento celular com várias linhas celulares iPS

Para testar os resultados provenientes do sistema CM20 e de um pesquisador que monitorizou culturas de células manualmente, trabalhamos com a iPS Portal, Inc. para adquirir dados sobre duas linhas celulares.

Células：células iPS（1231A3,201B7）
Período：1 semana
Recipiente：placa de 6 poços
Pesquisador：1 pessoa

Figura 6. Com uma linha celular por recipiente, foram colocados dois monitores CM20 na incubadora com os recipientes da cultura
 

Tendo por base a experiência do pesquisador, a linha celular 1231A3 se multiplicou mais prontamente do que a 201B7. Contudo, uma vez que a aquisição de dados convencional é complexa, a diferença entre as respectivas capacidades de proliferação não estava clara. Para as avaliar, adquirimos imagens e dados de confluência de cada linha celular usando o sistema de monitoramento de incubação CM20.

Figura 7: as informações qualitativas das imagens mostram que a confluência das células difere entre as duas linhas celulares no mesmo dia da cultura.
Figura 8: a partir das informações quantitativas sobre a densidade celular, especialmente após o dia 5, fica claro que a capacidade de proliferação da 1231A3 foi 3% a 6% superior quando comparada com a 201B7.

Tendo por base os dados acima, a diferença na taxa de crescimento entre as duas linhas celulares, que o pesquisador reconheceu através da sua intuição e experiência, foi clarificada pelos dados quantitativos usando o sistema CM20. Isso demonstra um valor importante do sistema de monitoramento de incubação CM20: mesmo que o pesquisador responsável mude, existirá pouca variação nos dados sobre a confluência das células porque todas as culturas são verificadas usando o sistema CM20. Se existir um valor anormal, será fácil olhar para trás e investigar a causa. Além disso, ao adquirir esses dados para cada linha celular, é possível compreender as características das culturas de células, permitindo a realização de transições entre experimentos no momento adequado.

Conclusão

Usando o sistema de monitoramento de incubação CM20, os usuários podem adquirir dados diários sobre a cultura de células de forma fácil e intuitiva (imagens de células, contagem de células e confluência das células). Esses dados permitem aos usuários compreender melhor os fatores que causam variações nas culturas de células e os eliminem, o que contribui para uma melhor qualidade celular e reprodutibilidade de experimentos celulares.

Autor

Shogo Usui
SSPD Electrical Engineering
Olympus Corporation