Name: Automated Cell Culture System Settings for Maintenance and Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells
Uploaded: 2024-01-26T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Cell Culture System Settings for Maintenance and Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells at JoVE.com

automated cell culture system settings for maintenance and differentiation of human pluripotent stem cells

Indusert pluripotent stamcelledifferensiering ved bruk av et automatisert kultursystem

This article aims to provide actual and detailed handling procedures for an automated culture system for human induced pluripotent stem cells (iPSC), which we produced by collaborating with a company, and to show representative results.
Since the publication of the article in 2007, iPSC has been attracting attention all over the world1. Due to its greatest feature of being able to differentiate into any type of somatic cell, it is expected to be applied in various fields such as regenerative medicine, elucidating the causes of intractable diseases, and developing new therapeutic drugs2,3. In addition, using human iPSC-derived somatic cells could reduce animal experiments, which are subject to significant ethical restrictions. Although numerous homogeneous iPSCs are constantly required to research new methods with iPSCs, it is too laborious to manage them. Moreover, handling iPSC is difficult because of its high sensitivity, even to subtle cultural and environmental changes.
To solve this problem, automated culture systems are expected to perform tasks instead of humans. Some groups have developed a few automated human pluripotent stem cell culture systems for cell maintenance and differentiation and published their achievements4,5,6. These systems equip multiarticulated robotic arm(s). Robotic arms have not only merit in that they highly mimic human arm movements but also demerit in that they require higher cost(s) for the arm(s), larger and heavier system packaging, and time-consuming education efforts by the engineers to obtain the aimed movements7,8. In order to make it easier to introduce the apparatus to more research facilities at the points of economic, space, and human resource consumption, we have developed a novel automated culture system for the maintenance and differentiation of iPSC into various cell types9.
Our rationale for the new system was to adopt an X-Y-Z axis rail system instead of multiarticulated robotic arms9. To replace the complex hand-like functions of robotic arms, we applied a new idea to this system, which can automatically change three types of specific functional arm tips. Here, we also indicate how users can easily make task schedules with simple orders on software because of the lack of requirements for engineers&#39; contributions throughout the process.
One of the robotic culture systems has demonstrated the making of embryoid bodies using 96-well plates as 3D cell aggregates for differentiation4. The system reported here cannot handle 96-well plates. One achieved the current good manufacturing practice (cGMP) grade using a cell line, although it was not a human pluripotent stem cell5. The automated culture system detailed here has now been developed with the specific aim of helping laboratory experiments (Figure 1). However, it has enough systems to keep clean levels equivalent to a level IV safety cabinet.

Forfatter i søkelyset: Automatisering av iPSC-kultur for forbedret reproduserbarhet 

Et automatisert dyrkningssystem for vedlikehold og differensiering av menneskeskapte pluripotente stamceller

This study focuses on automating the culture of iPS cells. Our goal is to reduce the variability due to manual experimentations and human labor, by utilizing smaller and more affordable equipment, which leads to enhance the reproducibility, and provide opportunities for more researchers who are even unfamiliar with iPS cells. Several types of automated culture machines have emerged, but most of them are still large, costly, and can only perform partial tasks.The simpler structure of the working urn has reduced the size and cost of the equipment. In addition, the tasks from cell maintenance to differentiation induction can be performed automatically, with only prior material preparation, and task setting on software. Machine repetition is remarkably accurate compared to human repetition.The use of such machines not only improves repeat usability, but also reduce human labor. Furthermore, if the parameters in each protocol are shared, researchers unfamiliar with iPS cells will be able to achieve similar results as well-experienced researchers, making it possible for them to easily enter into research using iPS cells. We are exploring the possibility of incorporating an AI-based image judgment system to automate the selection of the next work schedule, setting date, and work content from the learning of the experiment results.We also anticipate that allowing researchers to tailor their working protocols to their preferences, and share them online, will not only enhance reproducibility among the world researchers, but also encourage global research collaboration.

Watch this Scientific Journal Video about Automated Cell Culture System Settings for Maintenance and Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells at JoVE.com

Automated Cell Culture System Settings for Maintenance and Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells  

Automatiserte cellekultursysteminnstillinger for vedlikehold og differensiering av humane pluripotente stamceller

For å begynne lastingen, slå på det automatiserte cellekulturinstrumentet og start operativsystemet. Klikk på lasteknappen på programvaren, etterfulgt av lasting forberedelse start. Legg nå oppvasken i apparatet i deres spesifikke posisjoner.Lukk skyvevinduet foran og trykk på knappen for mekanisk sikkerhetsbekreftelse. Velg type og mengde retter i programvaren. Klikk deretter på lasteforberedelse fullført, etterfulgt av laststartknappen.Når parabolen er lastet opp i systemet, registrerer du notater om hver enkelt rett i programvaren. Klikk deretter på registrering for å fullføre lasteoperasjonen. For å losse oppvasken, klikk først på lossing.Velg deretter oppvasken som skal fjernes. Deretter trykker du på startknappen for losseforberedelse og klikker på avlastningsstart. Når instrumentet overfører oppvasken fra inkubatoren til arbeidsbenken, klikker du på knappen for fjerning av oppvasken.Åpne skyvevinduet manuelt og fjern oppvasken. Lukk umiddelbart det fremre skyvevinduet og trykk på sikkerhetsbekreftelsesknappen for å fullføre lossingen. For å fylle på forbruksvarer, klikk på forbruksvarer -knappen på programvaren.For pipettene, klikk på pipetteknappen, etterfulgt av påfyllingsknappen. Velg stativet som skal etterfylles. Trykk deretter på påfyll start.Åpne skyvestativvinduet manuelt og fyll på pipettene etter behov. Lukk deretter vinduet og trykk på den mekaniske sikkerhetsknappen. Klikk på knappen fyll på fullført, etterfulgt av påfyllingsoppsettet for å legge inn informasjonen.Klikk deretter på registreringsknappen og fyll på fullført-knappen for å fullføre. På samme måte fylle på rørene og mediene etter ønske. Klikk deretter på lukkeknappen for å avslutte påfyllingsoppsettet.For å velge oppgaver, klikk på oppgaveknappen på programvaren. Trykk nå på oppgaveinnstillingsknappen og velg ønsket oppgave fra oppgavelisten. Klikk deretter på neste trinn-knappen.Skriv inn dato og klokkeslett for oppgaven som skal utføres. Klikk deretter på registreringsknappen. Velg nå parabolen eller tallerkenen for å utføre oppgaven.Klikk deretter på registreringsknappen igjen, bekreft den valgte oppgaven på nytt og trykk på registrering. Klikk deretter på start for automatisk å starte oppgaven på angitt tid og dato. For å avbryte en planlagt oppgave på forhånd, klikk på stopp.Velg deretter oppgaven som skal avbrytes. Klikk på rediger oppgave, etterfulgt av avbryt-knappen, og bekreft slettingen av oppgaven. For å utføre cellepassasje og differensiering, velg de ønskede kulturinnstillingene i henhold til ønsket celle som skal oppnås.Den automatiserte cellekulturen tillot jevn celleproliferasjon over tid. Immunocytometrisk analyse viste at de induserte pluripotente stamcellene forble udifferensierte. Dette ble bekreftet ved immunhistokjemiske analyser.Ingen alleliske abnormiteter ble observert etter fem vedlikeholdskulturer. De pluripotente stamcellene ble observert å gjennomgå differensiering i kardiomyocytter, hepatocytter, nevronale forløperceller og keratinocytter med det automatiserte systemet.