Method Article
Le Moxi Z miniature compteur de cellules automatisé est un nouvel instrument qui combine le principe Coulter avec la technologie brevetée du capteur à couche mince et d'un algorithme logiciel propriétaire pour effectuer le calibrage et le comptage d'une gamme de taille large de particules ainsi que pour déterminer la santé globale de monodisperse cultures de cellules de mammifères. Ce protocole décrit l'utilisation de cet instrument pour le comptage et l'évaluation de la santé des cultures cellulaires.
Particle and cell counting is used for a variety of applications including routine cell culture, hematological analysis, and industrial controls1-5. A critical breakthrough in cell/particle counting technologies was the development of the Coulter technique by Wallace Coulter over 50 years ago. The technique involves the application of an electric field across a micron-sized aperture and hydrodynamically focusing single particles through the aperture. The resulting occlusion of the aperture by the particles yields a measurable change in electric impedance that can be directly and precisely correlated to cell size/volume. The recognition of the approach as the benchmark in cell/particle counting stems from the extraordinary precision and accuracy of its particle sizing and counts, particularly as compared to manual and imaging based technologies (accuracies on the order of 98% for Coulter counters versus 75-80% for manual and vision-based systems). This can be attributed to the fact that, unlike imaging-based approaches to cell counting, the Coulter Technique makes a true three-dimensional (3-D) measurement of cells/particles which dramatically reduces count interference from debris and clustering by calculating precise volumetric information about the cells/particles. Overall this provides a means for enumerating and sizing cells in a more accurate, less tedious, less time-consuming, and less subjective means than other counting techniques6.
Despite the prominence of the Coulter technique in cell counting, its widespread use in routine biological studies has been prohibitive due to the cost and size of traditional instruments. Although a less expensive Coulter-based instrument has been produced, it has limitations as compared to its more expensive counterparts in the correction for "coincidence events" in which two or more cells pass through the aperture and are measured simultaneously. Another limitation with existing Coulter technologies is the lack of metrics on the overall health of cell samples. Consequently, additional techniques must often be used in conjunction with Coulter counting to assess cell viability. This extends experimental setup time and cost since the traditional methods of viability assessment require cell staining and/or use of expensive and cumbersome equipment such as a flow cytometer.
The Moxi Z mini automated cell counter, described here, is an ultra-small benchtop instrument that combines the accuracy of the Coulter Principle with a thin-film sensor technology to enable precise sizing and counting of particles ranging from 3-25 microns, depending on the cell counting cassette used. The M type cassette can be used to count particles from with average diameters of 4 - 25 microns (dynamic range 2 - 34 microns), and the Type S cassette can be used to count particles with and average diameter of 3 - 20 microns (dynamic range 2 - 26 microns). Since the system uses a volumetric measurement method, the 4-25 microns corresponds to a cell volume range of 34 - 8,180 fL and the 3 - 20 microns corresponds to a cell volume range of 14 - 4200 fL, which is relevant when non-spherical particles are being measured. To perform mammalian cell counts using the Moxi Z, the cells to be counted are first diluted with ORFLO or similar diluent. A cell counting cassette is inserted into the instrument, and the sample is loaded into the port of the cassette. Thousands of cells are pulled, single-file through a "Cell Sensing Zone" (CSZ) in the thin-film membrane over 8-15 seconds. Following the run, the instrument uses proprietary curve-fitting in conjunction with a proprietary software algorithm to provide coincidence event correction along with an assessment of overall culture health by determining the ratio of the number of cells in the population of interest to the total number of particles. The total particle counts include shrunken and broken down dead cells, as well as other debris and contaminants. The results are presented in histogram format with an automatic curve fit, with gates that can be adjusted manually as needed.
Ultimately, the Moxi Z enables counting with a precision and accuracy comparable to a Coulter Z2, the current gold standard, while providing additional culture health information. Furthermore it achieves these results in less time, with a smaller footprint, with significantly easier operation and maintenance, and at a fraction of the cost of comparable technologies.
1. Préparation des échantillons
2. Le traitement des échantillons
3. Gestion des données
4. L'analyse des données précédemment acquises
5. Transfert de données vers un PC
6. Les résultats représentatifs
Pour évaluer la précision et l'exactitude des Z Moxi, les chiffres de HEK-293, les cellules HeLa, CHO-K1, la levure, Jurkat E6-1 des cellules, des cellules PC12, et de précision calibré suspensions de perles avec des concentrations allant de 0-500,000 cellules / mL (de type M cassette) et 0-2-2.5e 6 cellules / ml (cassette de type S) ont été comptées et comparées en utilisant un Coulter Z2 et le Z. Moxi Tous les cellules de mammifères ont été obtenus à partir de l'American Type Culture Collection (ATCC) et cultivé comme décrit précédemment 7-11. Brièvement, les cellules ont été cultivées en suspension dans 75 mm 2 flacons de culture tissulaire avec les médias de base de RPMI 1640 (Jurkat E6-1, PC12), MEM (HEK-293, HeLa), ou F12K (CHO-K1) des cellules. Tous les médias a été complétée par10% de sérum de veau fœtal et 100 mg de streptomycine U penicillin/100. Flacons ont été maintenues dans un incubateur à 37 ° C avec 5% de CO 2. Les cellules ont été repiquées tous les 3 jours. Les cellules de levure (X5, C. albicans, Vin 13) ont été donnés et l'utiliser immédiatement comme prévu. Concentrations de l'échantillon initial de ~ 500.000 cellules / ml pour les données de type M et les cassettes de ~ 2-2.5e 6 cellules / ml pour la cassette du type S ont été établies en utilisant le Z2 Coulter. Subséquents des niveaux de concentration théoriques ont été préparés par dilutions successives avec des tampons physiologiques (Isoton II ou une solution saline équilibrée de Hank). À chaque concentration, des échantillons identiques ont été mesurées par les deux systèmes et représentées les unes des autres. Comme on le voit dans la figure 2, il y avait une forte corrélation linéaire (de type M r 2> 0,9886, Type S r 2> 0,9781) entre les chiffres pour tous les échantillons. Les concentrations ont également été comparés à des concentrations cellulaires attendus / théorique à la fois avec le Z et le Moxi Z2 ( Figure 3) et de nouveau fait preuve de fortes corrélations linéaires (de type M r 2> 0,9758, Type S r 2> 0.9774).
Pour évaluer la précision, HEK-293 et nombre de cellules HeLa ont été effectuées en utilisant le Z2 Coulter, Moxi Z, et un hémocytomètre. Le coefficient moyen de variation (CV, n = 19) des numérations cellulaires en utilisant le Z Moxi (Type M cassette), Coulter Z2 et un hémocytomètre ont été calculés avec CV est mesurée à partir de 5 chefs d'accusation distincts dans les cellules 200.000-300.000 / Gamme ml. La petite moyenne CV (Figure 4) de la Z Moxi est comparable à celle de la Z2 et est représentatif du niveau élevé de précision ne peut être atteinte avec Coulter technologies basées sur de comptage.
Dimensionnement de précision de l'instrument Moxi Z a été évaluée par la mesure suivante de perles achetées de précision, de polystyrène calibrées. Moyennes des mesures de taille de particules (n = 5) de Moxi Z ont été tracées selon des tailles de fabricant signalés. Comme on le voit in Figure 5, les mesures Moxi Z s'accompagnent pas les valeurs du fabricant avec une forte corrélation linéaire (r 2 = 0,9989).
Au-delà de la taille et les informations de comptage, Moxi Z fournit un réactif-libre, l'évaluation générale de la santé de culture cellulaire de mammifère avec un indice de viabilité Moxi rapporté (MVI) de valeur. Cet indice est généré à partir d'un rapport entre le nombre de cellules dans la population d'intérêt par rapport aux chiffres de particules totales. Pour démontrer les capacités de mesure MVI, lectures MVI (Type M cassette) ont été comparés au manuel standard et de cytométrie en flux techniques de mesure en direct / mort. Les populations de morts (<10% de viabilité) HEK-293 et les cellules HeLa ont été créées par des incubations nuit des cellules vivantes dans un fluorure de nutriments sans sodium, contenant un diluant (Isoton II, Beckman Coulter) à 37 ° C. Contrôlés les niveaux de viabilité théoriques ont été préparés par mélange ratiometrically des concentrations connues de cellules vivantes et mortes. Ressolutions ulting ont été analysés pour les niveaux de viabilité, en double exemplaire avec les chiffres et les mesures hémocytomètre deux cytomètre en flux. Mesures ont été faites hémocytomètre en utilisant une traditionnelle mélange 50/50 de 0,1% Solution bleu trypan et les cellules. Mesures de cytométrie de flux ont été faites en utilisant un cytomètre Goyave PCA (Merck) en utilisant le réactif Viacount et le fabricant spécifié par le protocole (Merck). Comme le montre la figure 6, les valeurs de coefficient de corrélation de Pearson (r 2) "de l'ajustement linéaire des données à MVI analogues pourcentages de viabilité hémocytomètre pour" cellules HEK et cellules HeLa ont été r 2 = 0,9937 et r 2 = 0,9728, respectivement. Ces résultats démontrent que cette approche fournit des informations de santé de la culture dans une large gamme de viabilités cellulaires qui se comparent favorablement aux mesures Live / Dead obtenus en utilisant un cytomètre en flux ou hémocytomètre.
Tableaux et figures (De Dittami et al, 2011.) 15:
Figure 1. Thin-film de comptage Coulter: Le courant électrique est passé à travers la zone de cellule de détection de la cassette à film mince. Comme les cellules circuler seul fichier par l'intermédiaire du CSZ, les augmentations momentanées de tension sont mesurés par le Z. Moxi
Figure 2. Moxi chiffres Z sont comparables à Coulter Z2 chiffres. Chiffres identiques de suspensions cellulaires et de talon ont été comptées en utilisant à la fois un Z2 Coulter et l'Z. Moxi Averaged valeurs de comptage (n = 3-4) des chiffres Z Moxi ont été tracées par rapport à la Coulter Z2 correspondant comtes et des valeurs r 2 de l'ajustement linéaire ont été déterminés. A) de type M cassette - gamme de concentration de 0 - 500.000 cellules par ml. B) la cassette de type S - gamme de concentration de 0 - 2-2.5e 6 / Bars ml.Error indiquent ± 1 écart-type.
Figure 3. Mesures de concentration Moxi Z vs concentrations cellulaires théoriques. A) de type M cassette - des valeurs de concentration théoriques ont été préparés à partir de dilutions en série d'un 500.000 initiales cellules par ml d'échantillon B) de cassettes de type S -. Valeurs de concentration théoriques ont été préparés à partir de dilutions en série d'une initiale 2 - 2.5e 6 cellules / ml d'échantillon. Barres d'erreur indiquent ± écart-type 1.
Figure 4. Coefficient de variation pour le Z2 Coulter, Moxi Z (Type M cassette), et hémocytomètre. Le coefficient moyen de variation (CV, n = 19) de cellules HEK-293 et nombre de cellules HeLa pour chaque approche ont été calculés avec CV mesurées à partir de 5 séparés chefs d'accusation de HEK-293 et les cellules HeLa dans le 200.000 - 300.000 cellules par ml. gamme Barres d'erreur indiquent ± écart-type 1.
Figure 5. Précision des mesures de taille de particules en utilisant Moxi Z-Z Moxi mesurée taille des billes (Type M cassette) vs fabricant indique la taille du cordon. Barres d'erreur indiquent ± écart-type 1.
Figure 6. Évaluation de la santé de la culture à l'aide MVI - Comparaison des mesures de MVI (Type M cassette) et Goyave PCA Viacount viabilité par rapport visuels, trypan bleu compte de la viabilité colorées à l'aide d'un hémocytomètre.
La mise en œuvre de l'approche sous-jacente Coulter peut être très déterministe de la précision globale des mesures. Une zone critique est la correction des numérations cellulaires premières pour «coïncidence» des événements où deux ou plusieurs cellules en même temps passer à travers l'ouverture et sont évalués comme un seul événement électrique. «Les événements de coïncidence" contribuer à l'erreur qui varie en fonction d'un certain nombre de facteurs, y compris la taille des cellules et le degré de regroupement (Davis et al 1967) 6. En conséquence, la correction de coïncidence requise pour un échantillon donné ne peut être prédit, variant considérablement entre les cellules / particules types et même entre les différentes cultures de types de cellules identiques. Créée théorie, ancrée dans les publications initiales par Coulter, consiste à appliquer un ajustement logarithmique des données brutes sur la base du nombre d'événements observés et empiriquement déterminée, le facteur de correction de particules spécifique, z. Bien que des chiffres exacts peuvent être correctement réalisé avec tson algorithme de correction, il est limité dans son application pratique en raison des grandes variations de valeurs de z entre les types de cellules et de la difficulté de prévoir avec exactitude correspondant à sa valeur. Ici, en utilisant le nombre "vrai" cellule identifiée par le raccord Moxi courbe Z en conjonction avec l'algorithme de correction de coïncidence, le Z Moxi corrige de façon dynamique pour une coïncidence pour obtenir les concentrations réelles. Lorsque comparés aux résultats obtenus à l'aide de haut de gamme Coulter Z2, Z Moxi produit compte comparables à travers une gamme de concentration de 0 à 500.000 cellules / ml (de type M cassette) et 3000 - 2-2.5e 6 cellules / ml (cassette de type S) . En outre, le Z Moxi atteint cette précision de comptage avec un coefficient similaire faible variation dans le nombre et la précision dans granulométrie qui est caractéristique de l'étalon-or, Coulter-technique dans le comptage des cellules.
En outre, les données présentées ici indiquent que le Z Moxi peut fournir de précieuses informationsen ce qui concerne la santé globale des cultures cellulaires. Le Z Moxi s'appuie sur l'approche d'ajustement de courbe avec un algorithme de logiciel propriétaire pour déterminer ce bilan de santé de la culture. Les modifications morphologiques associées à la mort cellulaire, tels que blebbing, se décomposer, et les distorsions volumétriques (Kataoka et Tsuruo 1996, Liegler et al 1995, Sheridan et al 1981) 12-14, permettent à l'Moxi-Z à distinguer les différences entre les impédimétriques vivent les populations et les morts cellulaires / débris des populations. Le MVI est généré par l'analyse de la distribution de la taille de la culture / particules pour identifier les contributions relatives des débris de particules, rétrécis cellules nécrotiques, et la courbe ajustée-population de cellules d'intérêt. La valeur MVI reflète donc un indice de population ou d'une mesure ratiométrique des chiffres de population monodisperses en ce qui concerne le profil de la population globale des particules. Cette valeur est alors algorithmiquement-ajustées des statistiques basées sur la population et des observations empiriques. Because de la MVI regarde d'autres paramètres que les approches traditionnelles de coloration, on ne s'attend pas à refléter ces techniques, mais fournit plutôt un autre point de vue précieux sur la santé d'une culture cellulaire, en particulier en ce qui concerne les débris et les contaminants microbiens.
En résumé, le compteur de cellules Moxi-Z est un instrument de paillasse ultra léger qui fournit des analyses précises, reproductibles de comptage des cellules, la taille des cellules, et la santé des cellules en utilisant le principe de Coulter et des algorithmes logiciels d'ajustement de courbe combinée avec une technologie de capteur à couche mince brevetée . Avec la cassette de type M, il est capable de compter des particules allant de 4 à 25 microns de diamètre (plage dynamique de 2 - 34 microns), en 8 secondes. Avec cassette du type S, il est capable de compter des particules allant de 3 à 20 microns de diamètre (plage dynamique de 2 - 26 microns), en 15 secondes. En outre, le Moxi-Z effectue des évaluations de santé, sans l'utilisation de réactifs. C'est intégration du travail beaucoup moinsnsive et subjective que le comptage manuel. En comparaison à la norme Coulter comptage, le Moxi est plus rapide, beaucoup plus petite, fournit de plus amples renseignements, nécessite un entretien beaucoup moins, c'est plus facile à utiliser, et est une fraction du coût.
Gregory M. Dittami et SE Ayliffe sont des employés de Technologies Orflo, la société qui a conçu, fabrique et vend le Moxi Z. Richard D. Rabbitt fournit à temps partiel, de l'expertise de conseil versés aux technologies de l'Orflo.
La production et l'accès gratuit à cet article est sponsorisé par Technologies Orflo.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom du réactif | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
ORFLO diluant | ORFLO | MXA006 | |
Distributeur Cassette | ORFLO | Stocke jusqu'à 25 cassettes pour pratique de distribution | |
Câble USB | ORFLO | Connecte instrument pour PC / Mac ou d'un adaptateur | |
Adaptateur secteur (modèles américains et européens seulement) | ORFLO | Connecte le câble USB à une prise secteur | |
USB Flash Drive | ORFLO | Magasins Moxi le logiciel Z et mode d'emploi | |
Perles Vérifier l'étalonnage | ORFLO | ||
Cassette d'étalonnage électronique | ORFLO | Cassette électronique pour vérifier le fonctionnement correct du système et d'étalonnage |
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