Introduction
L'automatisation du criblage cellulaire dans le secteur de la biotechnologie est devenue un moteur fondamental du progrès, permettant d'augmenter le débit et de réduire la dépendance à l'égard des flux de travail à forte intensité de main-d'œuvre.
L'un des principaux moteurs de cette évolution est la nécessité d'accroître la "rapidité d'intervention clinique" - les investisseurs et les clients des ORC accordent une importance accrue à la réduction des délais de développement des lignées cellulaires et à la production de produits recombinants de qualité constante. En conséquence, plusieurs entreprises développent des stratégies d'automatisation afin de répondre à ces demandes. Toutefois, il convient d'être prudent lors du choix d'un système d'automatisation, car toutes les solutions ne se valent pas. Nous examinons ici les éléments à prendre en compte pour garantir la sécurité et la réussite du développement des lignées cellulaires.
Pourquoi automatiser ?
L'automatisation permet d'obtenir des résultats reproductibles et de haute qualité, de rationaliser le flux de travail et de libérer le personnel du laboratoire des tâches manuelles flux de travail, avec l'avantage supplémentaire de libérer le personnel de laboratoire des étapes manuelles et répétitives des étapes manuelles et répétitives.
Certains processus de développement de lignées cellulaires sont particulièrement gourmands en main-d'œuvre. Par exemple, la transfection (knock-in ou knock-out de gènes), qui est un processus aléatoire, peut souvent créer un goulot d'étranglement important. Elle demande beaucoup de temps et de travail, car de multiples cribles et panels de sélection sont nécessaires pour s'assurer que les meilleurs clones sont identifiés. L'entretien des cellules et la stabilité des lignées cellulaires sont également des processus qui prennent du temps. Les clones les plus performants doivent être sélectionnés, cultivés et multipliés dans une gamme de volumes afin d'obtenir des rendements cellulaires qui peuvent être transférés dans des systèmes pour un développement ultérieur. En automatisant le développement des lignées cellulaires, les chercheurs peuvent rationaliser considérablement le flux de travail et accélérer ces processus. Cela permet non seulement d'économiser du temps et de l'argent, mais aussi d'éliminer les erreurs humaines et de libérer les ressources de l'opérateur. Les systèmes d'automatisation fermés les mieux conçus et les plus complets peuvent exécuter en toute sécurité et avec précision un large éventail de tâches couvrant l'ensemble du flux de travail de développement des lignées cellulaires :
Ensemencement de cellules
Ajout de suppléments de croissance ou d'inhibiteurs Incubation automatisée • CO2 et température contrôlés Mesure de la confluence
| Sélection des clones et entretien des cellules Transfection des cellules • transfection chimique et virale Sélection de clones
Optimisation des pistes et identification des cibles Criblage phénotypique de cellules en suspension Sélection de clones pour la production d'anticorps Pêche à la ligne |
Ces solutions d'automatisation complètes se composent généralement de robots manipulateurs de plaques, de magasins de microplaques, d'incubateurs et d'instruments de laboratoire contrôlés par un logiciel de programmation. Ces éléments sont logés dans un système fermé, également connu sous le nom de cellule de travail, qui surveille et contrôle de manière importante l'environnement stérile interne.
Que faut-il donc rechercher lors de la sélection d'un système d'automatisation et d'un fournisseur pour le développement de lignées cellulaires ? Il est évidemment important de choisir un fournisseur qui a la liberté d'installer le meilleur équipement pour mener à bien les tâches à accomplir, mais il est également important de s'assurer que le système et le fournisseur du système sont équipés pour répondre aux exigences de sécurité et se conformer aux normes les plus récentes.
Figure 1 : Une cellule de travail stérile est essentielle pour le criblage cellulaire automatisé.
Les cellules de travail automatisées de laboratoire S-CELTM de PAA sont certifiées ETLus et fournissent un flux d'air laminaire sur l'ensemble du système pour maintenir la stérilité et protéger votre essai.
Priorité absolue : la sécurité
La sécurité est probablement l'élément le plus important à prendre en compte lorsqu'on envisage d'automatiser le développement d'une ligne de cellules développement des lignées cellulaires est la sécurité. Celle-ci comporte deux volets : la protection des lignées cellulaires et la protection des opérateurs protection des opérateurs.
Le développement et le maintien de cultures cellulaires dans un environnement stable et stérile sont d'une importance capitale pour la protection des échantillons et, par voie de conséquence, pour la réussite globale. Les lignées cellulaires sont extrêmement fragiles et susceptibles d'être contaminées, ce qui peut s'avérer catastrophique en termes de temps et d'argent. Elles doivent bénéficier d'une protection environnementale adéquate à tout moment dans les enceintes des systèmes d'automatisation. Pour ce faire, les cellules de travail doivent répondre aux exigences de la classe II.
Pourquoi est-il important de choisir une cellule de travail répondant aux exigences de la classe II plutôt qu'à celles du niveau de sécurité biologique (BSL)-2 ? Il convient de noter que le niveau de sécurité biologique 2 est une spécification de laboratoire. Par conséquent, un système étiqueté BSL-2 offre le même niveau de protection que si l'utilisateur réalisait l'expérience sur une paillasse ouverte. En revanche, une cellule de travail de classe II offre le même niveau de protection que si le scientifique travaillait à l'intérieur d'une armoire de sécurité biologique, ce qui est nettement plus sûr pour l'opérateur et le produit.
Si le flux de travail implique des cellules d'origine humaine, il est également impératif de protéger les opérateurs. Bien que les lignées cellulaires doivent être pures, il subsiste un risque que divers agents infectieux puissent être transportés par les lignées cellulaires, ce qui pourrait nuire à la santé humaine. Bien que l'obligation de protéger les opérateurs ne soit pas encore totalement appliquée dans les différents laboratoires utilisant des hottes ouvertes de classe II, elle devient progressivement plus contraignante et doit être prise en compte lors de l'automatisation du processus.
La transfection est une autre raison de veiller à la protection de l'opérateur. Il existe plusieurs méthodes pour insérer un segment identifiable d'ADN dans le génome d'une cellule. Cela peut se faire chimiquement ou par électroporation, mais la méthode la plus simple et la plus populaire est sans doute l'utilisation de vecteurs viraux qui ont été modifiés par CRISPR/Cas9 ou une technologie équivalente. Le virus modifié peut alors être utilisé pour infecter la cellule, délivrant le segment d'ADN souhaité dans le génome cellulaire.
Le problème potentiel est que les virus les plus efficaces sont ceux qui réagissent rapidement pour se protéger et sont donc souvent très infectieux, comme l'hépatite B, le VIH ou le virus de la grippe. Il est donc évidemment très important de protéger les opérateurs contre l'exposition à ces agents biologiques, en raison du risque de dispersion d'aérosols lors de la distribution ou de la chute d'une plaque.
Les flux d'air à l'intérieur de la cellule de travail et à travers les portes d'accès et les fenêtres doivent être pris en compte afin d'éviter que l'air contaminé ne soit extrait du système par la climatisation du laboratoire ou que la contamination ne soit aspirée à travers de grandes portes pleine hauteur. Il est également important d'examiner attentivement l'emplacement des équipements à l'intérieur du système. En effet, les instruments peuvent perturber le flux d'air laminaire, ce qui risque de créer des poches d'air stagnant - ce qui n'est pas idéal si ces poches se forment au-dessus d'une plaque d'échantillonnage non fermée.
Les systèmes automatisés PAA sont conçus pour fournir une protection totale à travers les portails d'entrée. Lorsqu'il est ouvert, le système surveille et ajuste le flux d'air en permanence pour garantir le maintien de la protection tout en minimisant les niveaux de bruit, ce qui assure un environnement confortable pour les scientifiques travaillant dans le laboratoire.
Figure 2 : La sécurité est d'une importance capitale lors de l'automatisation du développement des lignées cellulaires.
Les cellules de travail automatisées de laboratoire S-CELTM de PAA assurent la protection de l'opérateur et de l'échantillon.
Sûr mais flexible - un système qui tient compte de l'utilisateur
Il est donc important de sélectionner et d'installer un système d'automatisation qui
qui assure la protection de l'opérateur et du produit.
Cependant, un système doit également être facile à utiliser. Inévitablement, il sera nécessaire d'accéder aux instruments à l'intérieur de la cellule de travail lorsque les cellules sont in situ - par exemple pour remplacer un joint sur un scelleur de plaques ou des réactifs pour un distributeur, ou même simplement pour ajouter des plaques d'échantillons ou du matériel de laboratoire supplémentaire. Une protection adéquate doit donc être mise en place à cet effet.
Par exemple, il n'est pas rare, lors du développement d'une lignée cellulaire, que les cellules soient incubées pendant un mois à six semaines pour obtenir le résultat souhaité. Pendant cette période, les cellules sont continuellement cultivées, sorties de l'incubateur, reformatées, développées et remises dans l'incubateur pour poursuivre leur croissance. Il est évident qu'il faut constamment réapprovisionner les consommables et les réactifs dans la cellule de travail, ce qui augmente le risque de contamination, avec pour conséquence la perte potentielle de six semaines de travail et peut-être de clones significatifs. Toute source potentielle de contamination doit donc être évitée. Une cellule de travail doit également être sûre, suffisamment flexible pour s'adapter à un flux de travail particulier et facile à utiliser.
Les cellules de travail S-CEL de PAA sont de bons exemples d'une solution d'automatisation complète et flexible qui s'adapte aux applications d'automatisation de laboratoire intégrées - conçues pour assurer la plus grande sécurité pour les lignées cellulaires et les opérateurs sans compromis. Le S-CEL permet d'ouvrir la porte d'une enceinte sans compromettre l'environnement interne. Un capteur détecte l'ouverture de l'une des portes et le flux d'air descendant est automatiquement augmenté, assurant la protection de l'environnement interne. L'opérateur peut ainsi accéder aux instruments à l'intérieur du système sans risque de contamination.
Le système de recirculation du flux laminaire (figures 1 et 3) est un autre élément clé qui assure non seulement la sécurité mais aussi la flexibilité de cette cellule de travail automatisée. Ce système aspire l'air de l'extérieur et le fait recirculer autour de l'enceinte, en le faisant passer à travers trois filtres HEPA qui assurent une protection de classe II conformément à la norme BS EN12469-2000. L'air est purifié par un autre filtre HEPA et évacué à environ deux mètres et demi de hauteur, ce qui permet de s'assurer qu'il n'est pas évacué vers les opérateurs. L'alternative à un tel système serait une armoire gainée qui serait branchée sur un système d'extraction d'air existant dans le bâtiment. Toutefois, cette solution peut s'avérer très contraignante, car la cellule d'automatisation doit être installée à un endroit précis pour avoir accès à l'infrastructure. Un système de recirculation est beaucoup plus flexible car il peut être installé n'importe où dans le laboratoire, à condition que le plafond soit suffisamment haut.
Outre la sécurité et la flexibilité, il convient également de garder à l'esprit que le système doit être facile à utiliser. Un bon fournisseur de système disposera d'un logiciel de programmation convivial doté d'une interface intuitive et aura pris en compte le flux de travail dans le cadre de la construction du système, en veillant à ce que l'accès à l'instrumentation soit aisé.
Figure 3 : Le S-CELTM de PAA utilise un système de recirculation et maintient la protection de l'environnement interne lorsqu'une porte est ouverte. Cette conception offre une sécurité maximale et permet à la cellule de travail d'être installée dans n'importe quel espace suffisamment grand pour l'accueillir.
Respect des normes
Une autre considération importante lors du choix d'un système d'automatisation pour le développement de lignées cellulaires est la conformité aux normes.
Un bon fournisseur de systèmes d'automatisation testera ses systèmes selon la norme BS EN12469-2000 pour obtenir une classification de type classe II. Une partie de cette norme stipule que ces enceintes doivent produire un flux d'air laminaire à travers le pont de la cellule de travail. Il est donc important de choisir un fournisseur de systèmes d'automatisation qui en est conscient et qui teste ses systèmes en conséquence.
Les systèmes d'automatisation de PAA sont testés conformément à la norme BS EN 12469-2000 en mesurant diverses vitesses d'air, en comptant les particules et en visualisant les traceurs pour répondre aux exigences de la classe II. Les systèmes sont également certifiés par un laboratoire d'essai reconnu au niveau national (NRTL) aux États-Unis - ETLus. Les équipements empilés dans un système peuvent entraîner des flux d'air insuffisants et des zones stagnantes. C'est pourquoi les systèmes PAA sont testés à l'aide d'un profilage des traces de fumée et d'un comptage des particules autour du système pour vérifier leur propreté.
Comme nous l'avons vu, lorsqu'on travaille avec des cellules vivantes, il est primordial d'éviter la contamination et la propreté doit être maintenue à l'intérieur de la cellule de travail. Par conséquent, la disposition des équipements doit tenir compte de l'entretien des équipements et des points de déversement, etc. Lorsque l'on travaille avec plusieurs lignées cellulaires, il est essentiel de pouvoir nettoyer chimiquement le système en profondeur. La stérilité par UV offre une efficacité minimale dans les grands systèmes d'automatisation en raison de la longueur d'onde des UV par rapport à la taille du système et des effets d'ombre associés. C'est pourquoi les systèmes AAP sont fournis et installés pour permettre le nettoyage au peroxyde d'hydrogène vaporisé et sont actuellement les seuls systèmes sur le marché capables de le faire.
Résumé
L'automatisation du développement des lignées cellulaires peut faire une énorme différence dans les flux de travail des laboratoires, en accélérant les processus, en augmentant la fiabilité et la reproductibilité, tout en économisant du temps et de l'argent.
Lors de la sélection d'un système d'automatisation approprié, la sécurité, la conformité aux normes, la flexibilité et la facilité d'utilisation doivent être prises en compte. Un bon fournisseur de solutions comprendra ces exigences et aura l'expertise et l'expérience nécessaires pour guider la création et l'installation de la meilleure solution d'automatisation possible pour le flux de travail requis. PAA est bien placé pour répondre à ces exigences en fournissant des plates-formes d'automatisation flexibles et tournées vers l'avenir qui produisent une qualité de produit élevée et constante.
Les cellules de travail robotisées S-CEL de PAA offrent :
Enceintes de classe II - filtration HEPA à recirculation
Accès au portail sans contamination - débit d'air accru par rapport à un portail ouvert
Certification NRTL pour les États-Unis
Dimensions configurables pour s'adapter à l'instrumentation requise
Système de sécurité avancé - portes verrouillées et scellées pour un accès facile
Approche neutre vis-à-vis des fournisseurs, permettant d'utiliser les meilleurs instruments pour le flux de travail.
Un logiciel de planification et de contrôle avancé qui permet d'intégrer la plus large gamme de robots et d'instruments dans la cellule de travail.
d'instruments dans la cellule de travail
Glissières pour instruments permettant d'accéder facilement au réapprovisionnement en réactifs
Le système Connect permet d'ajouter facilement des instruments en cas de besoin.
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