ImageXpress イメージングシステム: 3D バイオプリンティングの自動化を推進

2023年1月12日、アンタークティックベアは、シリコンバレーの研究機器メーカーであるモレキュラーデバイス社がバイオプリンティング会社アドバンストソリューションズライフサイエンス社と提携し、創薬のための3D生物学自動化技術を開発していることを知りました。

この商業提携の一環として、Molecular Devices は Advanced Solutions のバイオプリンティングプラットフォームである BioAssemblyBot 400 (BAB 400) を販売します。これは、生命科学者が 3D モデルシステムをより高スループットかつ高精度に構築するために使用するインテリジェントな 6 軸ロボットアームで、バイオプリンティングに関連する一般的な手動ワークフローを軽減します。この新たなパートナーシップにより、BAB 400 には Advanced Solutions の既存のバイオプリンティングプラットフォームに対する具体的な機能強化が含まれ、医薬品開発に携わる生命科学者が一貫性のある大規模で複雑なオルガノイドモデルを製造できるようになります。 BAB 400 の最大のセールスポイントの 1 つは、Molecular Devices 独自の ImageXpress Confocal HT.ai 高解像度イメージングシステムとシームレスに統合され、完全に最適化された自動化されたワークフローを作成できることです。

△BioAssemblyBot 400は、生命科学者が生物学的構造を構築するために使用するインテリジェントロボットです。

新しい ImageXpress Confocal HT.ai 高解像度イメージングシステムは、3D イメージング専用に設計されています。このシステムは、8 つの高出力レーザー励起チャネルと自動水浸対物レンズを備えており、速度を犠牲にすることなく信号とアッセイの感度を高めます。 5 つのピンホール形状オプションを備えた回転ディスク共焦点技術により、焦点外の光のかすみが軽減され、より深いオルガノイドの浸透と軸方向の解像度の向上が可能になります。複雑な 3D 生物学的分析の場合、IN Carta 画像分析ソフトウェアは、強力なディープラーニングベースのセグメンテーション、機械学習ベースの分類、および 3D ボリューム分析を備えた合理化されたワークフローを提供します。

同社によれば、ImageXpress は、高性能レーザーによるより高速な画像取得と多重化の柔軟性を提供し、研究者が 3D オルガノイドモデルの製造を進めるのに役立つように設計されているという。このシステムには、Life Science Solutions に準じた機械学習画像解析ソフトウェアが搭載されており、同ブランドの機械学習 IN Carta 画像解析ソフトウェアによってサポートされており、オルガノイドの開発やスクリーニングなどのワークフローを改善します。

モレキュラー・デバイセズの社長スーザン・マーフィー氏は、手作業によるプロセスや技術では結果がまちまちで、時間と資源が無駄になっていることから、研究者らはオルガノイドの開発とスクリーニングのより良い方法を模索していると語った。したがって、Advanced Solutions のようなイノベーターと協力することで、お客様のこうした悩みを解決することができます。 ImageXpress 細胞イメージングシステムと BAB 400 は、より高いスループットで 3D 細胞培養の品質と生存率を向上させる自動化プラットフォームを提供します。

オルガノイドスクリーニングワークフロー:
1. 2日間の前培養 - iPSC由来細胞または初代細胞（腸、肺、脳）からオルガノイドを前培養する
2. 3Dオルガノイドを開発する - 細胞を24ウェルプレートに移し、インキュベーターに入れて細胞の成長と3D特定組織への分化を促進する
3. オルガノイド培養 - オルガノイド培養プロセスには複数のステップと異なる培地交換が必要です
4. オルガノイドの成長と発達のモニタリング – 複雑な組織構造と分化の分析のためのオルガノイドのモニタリングと特性評価
5. 共焦点イメージングと3D解析 - 疾患表現型と複合効果の複数の定量的、視覚的、特性解析

自己組織化オルガノイドのような 3D 細胞モデルは、より人道的で生物学的に適切な構造を持っているため、創薬プロセスをスピードアップし、臨床試験の失敗率を減らすことができます。しかし、現在のオルガノイドは、利用可能な技術、ワークフロー、専門知識によって大きく異なるため、分析の信頼性が損なわれます。 Molecular Devices は、BAB 400 の 6 軸ロボットアームと幅広い交換可能な BAB ハンドを使用してオルガノイドを体系的に複製し、ImageXpress Confocal HT.ai システムが高コンテンツ細胞イメージング情報を提供してモデリングおよびスクリーニングプロセスの精度を向上させることで、完全に自動化されたハウジングを顧客に約束します。

△BAB400はMolecular Devices社のImageXpress Confocal HT.aiとシームレスに統合され、統合オルガノイドワークフローを完成させます。画像はMolecular Devicesより提供。

BAB 400 の主な利点としては、新しい薬物ターゲットの発見、3D 細胞培養の生存率の向上、統合ワークフローの柔軟性の向上などが挙げられます。さらに、BAB400 の 6 軸ロボットアームの精度は、バイオプリンティング、バイオプリントの抽出、複雑なアッセイの完了において人間のスキルを超えており、人的エラー、変動性、コストを削減します。この技術の自動化によるもう一つの大きな利点は、研究者は生物学的材料を追加して「開始」ボタンを押すだけでよいため、BAB はオルガノイドの分配やバイオプリンティングなどの印刷プロセスを自動化できる点です。

「BAB 400 の柔軟で制御可能な機能と ImageXpress の画質および速度を組み合わせることで、独自に統合された効率的なプロセスでハイコンテンツ 3D モデルの研究を自動化できます」と、Advanced Solutions の社長兼 CEO である Michael Golway 氏は述べています。「これらを組み合わせることで、ユーザーはこれまでにないほど迅速に複雑なオルガノイドを設計、開発、および画像化することができ、有効性と毒性の結果を改善し、より多くの新しい治療法の成功の基盤を築くことができます。」

△Molecular Devices ImageXpress Confocal HT.ai ハイコンテンツイメージングシステムとIN Carta画像解析ソフトウェアを組み合わせたもの。画像はMolecular Devicesより提供。

北米とヨーロッパの顧客に提供されているBAB 400と統合されたImageXpress細胞イメージングシステムは、現代の生物学および創薬研究室に最適であり、人工組織内で異なる起源と機能を持つ細胞タイプを同時にコンパイルおよび生成することを可能にし、特に再生療法、薬物スクリーニング、疾患モデリングの分野における将来の生物医学3D臓器および組織工学の活性化を目指しています。

2015 年に Advanced Solutions によって最初にリリースされた BAB 400 は、世界中の研究室で生物学的構造の構築に役立っています。
●例えば、米国退役軍人省の VA Ventures プロジェクトでは、BioBone と呼ばれる 3D プリント生体骨代替品の開発に取り組んでおり、BAB バイオプリンターを使用して患者自身の細胞から 3D プリント構造を作成し、生体骨に血管を移植しています。

●フランスでは、リヨン大学生化学科のクリストフ・マルケット教授もこの技術を利用して、ロボット工学と3Dバイオプリンティングを組み合わせた新しい外科手術技術を開発しています。

●Organamet BioのCEO、ドリス・テイラー博士は、BioAssemblyBotを使用して、患者自身の幹細胞を使用してパーソナライズされた心臓を設計する画期的なアプローチを開発しています。

●Molecular Devicesとの最新の提携に先立ち、BAB 400はCytivaのIN細胞分析装置などの他の研究機器ともシームレスに統合されており、同社によれば、将来的にはさらに多くの統合が計画されているとのことです。

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