モレキュラー・デバイスの革新
自動化、ハイコンテントイメージャーにおけるアップデート

顧客からのフィードバックからワークフローの改善まで

複雑な生物学的プロセスや疾患を理解する道は、多くの困難とともにあります。求められる洞察のレベルが上がるにつれ、最先端のラボ・ソリューションに対する要求も高まっている。そのため、昨年は機能したソリューションも、今日の研究課題を解決するには不十分な場合がある。

モレキュラー・デバイセズにとって、科学的要求をフォローする最も効率的な方法は、科学の中心にいる顧客と連絡を取り続けることであった。共同研究者の複雑な研究目標と方法に細心の注意を払いながら、Molecular Devicesはハイコンテントイメージングと分析ソリューションのアップデートをいくつか実施した。

この記事では、最近の製品アップデートと、これらのアップデートの原動力となった顧客からのフィードバックについて要約する。

オートフォーカス

手動から自動顕微鏡へのパラダイムシフトは、発見を加速するために必要なハードウェアとソフトウェアツールの新しい組み合わせを必要とした。特に自動顕微鏡では、接着細胞や培地とプレーティングプレートの底面との界面を検出して定義し、マイクロプレートやスライド全体にわたってこの最適なフォーカス位置を維持しなければならない。オルガノイド開発やウェルインサート用のマトリゲル®のようないくつかの基質では、このタスクはさらに大きなものであった。

モレキュラー・デバイスは、CellReporterXpress® 画像取得・解析ソフトウェアをアップデートし、ImageXpress® Pico 自動細胞イメージングシステムにオートフォーカスモードを追加して、その機能をさらに拡張しました。このソリューションは、極薄丸底マイクロプレート、カスタムOrgan-on-a-chipプレート、厚底培養プレート、ウェルインサート付きプレートなど、幅広いアプリケーションとラボウェアタイプに最適化された複数のオートフォーカスモードを提供します。さらに、イメージオートフォーカスモードは、対物レンズやイメージングするラボウェアタイプなど、使用するケースによって異なるため、ImageXpress Picoシステムは、さまざまなサンプルに確実にフォーカシングできる柔軟性を備えています。

CellReporterXpress のアップデートは、新しいハードウェアとソフトウェアのオートフォーカス機能で構成されている。ハードウェアによるオートフォーカスの改善には反射率検出が含まれ、オートフォーカスLEDは空気とプラスチック底面の界面およびプラスチックと液体の界面の2つの反射点を見つけるために使用される。CellReporterXpressの特異性アルゴリズムは、これらの2点を利用して、適切なフォーカスのための正確な相互作用点を見つけます。

場合によっては、最もコントラストの高い撮像焦点面がプレートの底面と異なることがあった。これに対応するため、Molecular Devices 社は CellReporterXpress に様々な検索範囲を持つソフトウェアオートフォーカスルーチンを導入し、最高コントラストのイメージング焦点面を自動的に見つけることができるようにしました。

3 Peak Well Insertモードのようなユニークで革新的なオートフォーカスモードについては、こちらをご覧ください。また、スクリーニングのために低倍率でサンプルをイメージングする場合や、大きなマクロサンプルをイメージングする場合に、画像取得速度を向上させるために設計されたフォーカスモード、Anchor Focus Positionもご紹介します。

ワイドフィールドからデジタルコンフォーカルまで

Molecular Devices社の主な目標の一つは、幅広い研究者に最先端のイメージングソリューションを提供することです。ImageXpress Picoシステムは、手頃な価格という言葉が強く強調されている製品の一つです。モレキュラーデバイセズのイメージング製品は、ImageXpress PicoシステムからフラッグシップモデルであるImageXpress® Confocal HT.aiハイコンテンツイメージングシステムに移行するにつれて、スピード、柔軟性、解像度が大きな特徴となっています。

画像の解像度に関しては、ワイドフィールド顕微鏡の画像取得からコンフォーカルに近い画像を生成するのに役立つソフトウェアのアップデートを導入した。デジタルコンフォーカルという画像デコンボリューション法を導入し、焦点外光を元の原点に定量的に再割り当てした。特異性光路と対物レンズから計算された点広がり関数を利用することで、顕微鏡技師は個々の撮影を指定し、解像度の向上を利用することができます。もう一つの大きな利点は、撮影時間の短縮であり、これは光毒性のリスクも低減することを意味する。最後に、SN比が向上したことで、画像の定量化がより簡単になりました。

ライブプレビュー

自動顕微鏡のもう一つの違いは、一般的な顕微鏡ワークフローに見られるような自由な動きができないことである。このため、特にスライドベースのワークフローや細胞遊走イメージングでは、ユーザーエクスペリエンスが異なっていた。

CellReporterXpressソフトウェアの新機能Live Previewは、この課題に取り組むために開発された。ライブ・プレビューでは、画像取得に使用したのと同じカメラを使用し、ユーザーエクスペリエンスを模倣して、仮想ジョイスティックでサンプルステージを動かし、継続的に更新されるサンプルの動的画像を探索できるようになった。

この機能は、画像取得前に低倍率で関心領域を決定し、移動するために使用できる2つの仮想ジョイスティックを誇ります。snap overviewアドオンは、planetary overviewカメラを使用してスライド全体のスナップショットを撮影する。これにより、ユーザーはスライド上のサンプルの位置を簡単に特定できます。関心領域を見つけたら、ジョイスティックでシームレスに高倍率に切り替え、ピントを調整することができます。

環境制御

臨床に関連した疾患モデルは、in vivoの状態を模倣することがますます重要になってきている。このため、エンドポイントや固定細胞アッセイから、蛍光または標識不要の生細胞アッセイへのシフトが生じました。しかし、これにはプレート周辺の微気候の徹底的な制御とモニタリングが必要であり、多くのイメージングシステムでは特に困難です。

ImageXpress Picoシステムの環境制御機能は、CO2、湿度、温度、O2（腫瘍細胞を含む低酸素ベースの研究のモデリングに非常に有用）を含む気候の完全な制御を提供する。さらに、環境制御センサーのライブ記録により、ユーザーは細胞が理想的な微気候に維持されていることを確認することができる。

ECの設定により、異なる時間長で複数の時点を用いたキネティクスの取得も可能である。ユーザーは、ムービー、画像、経時的なキネティック・データを生成することができ、これらはすべてエクスポートに適している。

マルチパラメトリックデータのオンザフライ解析が可能な事前設定済みプロトコル

CellReporterXpressを使用すれば、最も一般的なセルベースアッセイの大半について、堅牢なマルチパラメトリックデータを生成する事前設定済みの解析プロトコールで時間を節約し、エラーを減らすことができます。

マイクロプレートリーダーは、薬物スクリーニングや毒性分析において効率的であることが長い間証明されてきました。しかし、ウェルあたりの蛍光単位という情報には限界があります。顧客が疾患モデルにおける形態変化や細胞の挙動を追跡したいと考えたとき、従来のマイクロプレートリーダーが提供するウェルベースのデータを補完するために、イメージングモダリティが不可欠となった。

CellReporterXpressには、シンプルな細胞カウントから洗練された多波長細胞スコアリング、神経突起トレース解析まで、25以上の解析プロトコールが設定済みでプリインストールされています。click-to-findツールのような機能により、特定の条件に合致する数個の細胞をクリックするだけで、解析パラメーターを最適化することができる。細胞集団を層別化するための高含量分析技術の使用を可能にする。

より複雑な解析のために、ImageXpress Picoシステムで撮影された画像は、他のモレキュラーデバイスの高度な解析ソフトウェアと互換性があります。IN Carta®画像解析ソフトウェアとMetaXpress®高含有率画像取得・解析ソフトウェアのアップデートは、層別化プロセスを容易にすることを目的としたものです。これにより、細胞内の複数のマーカーに基づく、より情報に基づいたスコアリングシステムが構築された。IN Cartaソフトウェアに関しては、SINAPモジュールはディープラーニングアルゴリズムを利用して精度と柔軟性を向上させた。

どちらのアップデートにおいても、ユーザーは、細胞グループのプロファイリングとクラスタリング、画像の取得と解釈、結果のグラフのエクスポートと共有ができるようになった。

高濃度スクリーニングのためのラボ自動化

自動イメージングへのパラダイムシフトにより、研究者は顕微鏡を利用したスクリーニングのスループットを向上させることができるようになった。イメージングプロセスの高速化により、新しい実験セットアップのための柔軟性を備えたラボオートメーションが必要となりました。より高い統計的信頼性を得るためにサンプルサイズを大幅に増やしたいという顧客もいれば、1つのワークフローで複数の細胞株を用いて様々な疾患モデルを調査したいという顧客もいた。ワークフローに対する要求の多さは、Molecular Devicesが様々な研究ニーズに対してカスタマイズされたワークフローを作成する必要があることを意味していた。

自動化されたImageXpress Picoシステムのワークフローを見る

そこで、自動化・カスタマイズチームの出番です。このチームは、最も時間効率の高い方法でお客様の特定の研究要件を満たす合理的なワークフローを提供します。このチームは、Molecular Devices社のマイクロプレートリーダーやハイコンテントイメージングシステムを変更したり、これらの装置を自動インキュベーターやリキッドハンドリングと組み合わせて、シームレスなワークフローにすることができる。ワークフローのカスタマイズサービスには、以下のような幅広いハードウェアおよびソフトウェアの修正が含まれます：

• ロボティクス - イメージングプラットフォームからプレートを簡単に出し入れできるようにする。
• リキッドハンドリングワークステーションの設置
• 自動試薬添加
• 自動インキュベーターセットアップ
• バリデーションテスト

当社の自動化およびカスタマイズ・サービスの最も優れた点は、装置およびワークフロー設計における社内の専門知識と、コンサルテーション、フィージビリティ・テスト、および実施中の継続的なサポートです。

オルガノイドイノベーションセンター： モチベーションと専門知識が出会う場所

モレキュラー・デバイスとお客様との関係は双方向です。当社の革新的なアプローチが製品やソリューションを発表し続ける一方で、当社の顧客は研究を加速させることで成功を収め続けています。このことは、お客様をさらに探求させ、私たちはより困難な研究課題に対応するためにさらに努力する原動力となっています。

私たちの新しいオルガノイド・イノベーション・センターは、顧客とチームと製品との密接な関係を完璧にシミュレートしています。複雑な3Dバイオロジーに対する研究ニーズに応えるため、私たちは常に動き回り、画像や解析ツールを最新の状態に保っています。さらに、社内の科学者がお客様と協力し、途切れることのない指導を行います。

オルガノイド研究の自動ワークフロー作成にご興味のある方は、オルガノイド・イノベーション・センターをご覧ください。