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

Inducerad pluripotent stamcellsdifferentiering med hjälp av ett automatiserat odlingssystem

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.

Författare i fokus: Automatisera iPSC-kulturen för förbättrad reproducerbarhet 

Ett automatiserat odlingssystem för att underhålla och differentiera humaninducerade pluripotenta 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  

Automatiserade cellodlingssystem för underhåll och differentiering av humana pluripotenta stamceller

För att börja ladda, slå på det automatiska cellodlingsinstrumentet och starta operativsystemet. Klicka på laddningsknappen på programvaran, följt av laddningsförberedelsestart. Placera nu disken i apparaten i sina specifika positioner.Stäng det främre skjutfönstret och tryck på bekräftelseknappen för mekanisk säkerhet. Välj typ och mängd rätter i programvaran. Klicka sedan på laddningsförberedelse klar, följt av laddningsstartknappen.När parabolen har laddats upp i systemet registrerar du anteckningar om varje enskild maträtt i programvaran. Klicka sedan på registrering för att slutföra laddningen. För att lasta av disken, klicka först på lossa.Välj sedan de rätter som ska tas bort. Tryck sedan på startknappen för avlastningsförberedelse och klicka på avlastningsstart. När instrumentet överför disken från inkubatorn till arbetsbänken, klicka på knappen för borttagning av disk.Öppna det främre skjutfönstret manuellt och ta bort disken. Stäng omedelbart det främre skjutfönstret och tryck på säkerhetsbekräftelseknappen för att slutföra lossningen. För att fylla på förbrukningsvaror, klicka på knappen för förbrukningsvaror i programvaran.För pipetterna klickar du på pipettknappen, följt av påfyllningsknappen. Välj det ställ som ska fyllas på. Tryck sedan på påfyllning start.Öppna skjutställets fönster manuellt och fyll på pipetterna efter behov. Stäng sedan fönstret och tryck på den mekaniska säkerhetsknappen. Klicka på knappen Påfyllning slutförd, följt av inställningarna för lagerpåfyllnad för att mata in informationen.Klicka sedan på registreringsknappen och knappen för påfyllning slutförd för att avsluta. Fyll på rören och mediet på samma sätt efter önskemål. Klicka sedan på stängningsknappen för att avsluta inställningarna för lagerpåfyllnad.För att välja uppgifter, klicka på uppgiftsknappen i programvaran. Tryck nu på uppgiftsinställningsknappen och välj önskad uppgift från uppgiftslistan. Klicka sedan på knappen Nästa steg.Ange datum och tid för uppgiften som ska utföras. Klicka sedan på registreringsknappen. Välj nu skålen eller tallriken för att utföra uppgiften.Klicka sedan på registreringsknappen igen, bekräfta den valda uppgiften igen och tryck på registrering. Klicka sedan på start för att automatiskt starta uppgiften vid angiven tid och datum. Om du vill avbryta en schemalagd uppgift i förväg klickar du på stopp.Välj sedan den uppgift som ska avbrytas. Klicka på redigera uppgift, följt av knappen Avbryt uppgift, och bekräfta borttagningen av uppgiften. För att utföra cellpassage och differentiering, välj önskade odlingsinställningar enligt den önskade cellen som ska erhållas.Den automatiserade cellodlingen möjliggjorde en jämn cellproliferation över tid. Immuncytometrisk analys visade att de inducerade pluripotenta stamcellerna förblev odifferentierade. Detta bekräftades genom immunhistokemiska analyser.Inga allelavvikelser observerades efter fem underhållsodlingar. De pluripotenta stamcellerna observerades genomgå differentiering till kardiomyocyter, hepatocyter, neuronala prekursorceller och keratinocyter med det automatiserade systemet.