基于人工智能的入孔單細(xì)胞識(shí)別開(kāi)啟細(xì)胞株開(kāi)發(fā)的革新之路

單細(xì)胞分離環(huán)節(jié)是細(xì)胞株開(kāi)發(fā) (CLD) 的一個(gè)限速步驟，經(jīng)典的單細(xì)胞分離 - 有限稀釋法既耗費(fèi)時(shí)間又耗費(fèi)人力，故而針對(duì)于單細(xì)胞分離的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，基于不同技術(shù)有很多自動(dòng)單細(xì)胞分離的方法，如微流控、柔性流式、柔性鋪板、光鑷、聲鑷等技術(shù)。這些技術(shù)都可以更加有效的分離單細(xì)胞，較傳統(tǒng)方法效率更高。

VIPS PRO 單細(xì)胞鋪板及成像儀作為柔性鋪板的代表，其原理類似自動(dòng)化的有限稀釋，但由于液滴補(bǔ)償模式的設(shè)置，保證了較高的鋪板效率。既保留了有限稀釋法的優(yōu)點(diǎn) - 對(duì)細(xì)胞傷害小及工藝放大后克隆一致性好，又提高了鋪板效率。

此外，基于人工智能的入孔單細(xì)胞識(shí)別技術(shù)，提供了鋪板后單克隆效率的詳細(xì)信息，幫助實(shí)驗(yàn)人員即時(shí)掌握鋪板效率。而入孔單細(xì)胞的圖像成為 DAY0 整孔單細(xì)胞圖像的佐證，增加一份單克隆性的證據(jù)。

1. AI 驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞識(shí)別與實(shí)際細(xì)胞狀態(tài)達(dá)成 98.3% 的一致性：對(duì) 660 多個(gè)孔中鋪入的中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢（CHO）細(xì)胞進(jìn)行分析，與人工評(píng)估相比，檢測(cè)單細(xì)胞的準(zhǔn)確率達(dá)到了 98.3%。

2. 連續(xù)鋪板保持高一致性及細(xì)胞活率：與一些會(huì)使細(xì)胞受到壓力的高效率分離方法不同，VIPS PRO 即使在長(zhǎng)時(shí)間的鋪板過(guò)程中（180 分鐘）也能確保細(xì)胞活性保持在 90% 以上，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每塊培養(yǎng)板穩(wěn)定的鋪板效率。

精確的單細(xì)胞識(shí)別

VIPS PRO 的 AI 驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞識(shí)別算法減少人工干預(yù)和錯(cuò)誤，節(jié)省時(shí)間和成本，助力做出更自信的決策。

1. 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：VIPS PRO 細(xì)胞識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練使用了超過(guò) 20 萬(wàn)張由 VIPS PRO 分離的單細(xì)胞圖像，涵蓋了多種細(xì)胞系（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 [iPSCs] 、間充質(zhì)干細(xì)胞 [MSCs] 、HEK 細(xì)胞、中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞 [CHO] 、雜交瘤細(xì)胞和昆蟲(chóng)細(xì)胞 Sf9）以及不同類型的培養(yǎng)板，以識(shí)別不同的細(xì)胞形態(tài)和圖像偽影。

2. 網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證：通過(guò)將 VIPS PRO 的識(shí)別結(jié)果與經(jīng)過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)人員人工識(shí)別的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)衡量 AI 算法的準(zhǔn)確性。

3.  效率評(píng)估：對(duì)于每種細(xì)胞系，至少使用三個(gè) 96 孔板進(jìn)行鋪板。收集滴液圖像用于驗(yàn)證，并由經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)評(píng)估為單細(xì)胞孔、多細(xì)胞孔或空孔（見(jiàn)圖 1）。VIPS PRO 的結(jié)果與滴液圖像的手動(dòng)分析結(jié)果進(jìn)行交叉比對(duì)，以得出 AI 算法準(zhǔn)確率的百分比（見(jiàn)表 1）。

結(jié)果：

98.3% 的單細(xì)胞識(shí)別準(zhǔn)確率（圖 1）：

• 382 個(gè)液滴識(shí)別為含有單細(xì)胞；

• 187 個(gè)液滴識(shí)別不含有細(xì)胞；

• 81 個(gè)液滴識(shí)別為含有多細(xì)胞。

(總正確率 / 總分析樣本) * 100 = (650 / 661) * 100 = 98.3% = 識(shí)別準(zhǔn)確率%

錯(cuò)誤識(shí)別程度很低，只有 1.5% 的孔被誤判為假陰性，0.15% 的孔被誤判為假陽(yáng)性。對(duì)更多細(xì)胞系進(jìn)行的驗(yàn)證（見(jiàn)表 1）也顯示出高度一致的結(jié)果。

AI 驅(qū)動(dòng)的 VIPS PRO 能夠準(zhǔn)確識(shí)別單細(xì)胞，并將其與其他細(xì)胞團(tuán)塊、雜質(zhì)、氣泡等區(qū)分開(kāi)來(lái)。在所有測(cè)試的細(xì)胞類型和形態(tài)中都具有很強(qiáng)的一致性。

圖 1：展示 VIPS PRO 網(wǎng)絡(luò)對(duì) CHO-S 細(xì)胞的滴液圖像檢測(cè)（預(yù)測(cè)）與實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)分析的對(duì)比（真實(shí)情況）。孔被分類為單細(xì)胞孔、多細(xì)胞孔（檢測(cè)到多于一個(gè)細(xì)胞）或空孔（無(wú)細(xì)胞）。被 VIPS PRO 網(wǎng)絡(luò)正確識(shí)別的孔用藍(lán)色標(biāo)記。假陰性孔——白色，左下區(qū)域；假陽(yáng)性孔——白色，右上區(qū)域

表 1：VIPS PRO 識(shí)別不同細(xì)胞株的準(zhǔn)確率

連續(xù)鋪板保持高細(xì)胞活率

VIPS PRO 及其一次性耗材旨在確保在連續(xù)鋪板過(guò)程中細(xì)胞保持細(xì)胞活性，保證連續(xù)鋪板的鋪板效率及細(xì)胞恢復(fù)率。

方法：

將 3 mL 濃度為 200,000 個(gè)細(xì)胞 / mL 的 CHO 單細(xì)胞懸液放置于細(xì)胞池中，連續(xù)鋪板 3 小時(shí)，使用 Solentim ICON^® 每隔 10 分鐘測(cè)量一次活細(xì)胞密度（細(xì)胞 / mL）和細(xì)胞活率（%）（見(jiàn)圖 2）。

圖 2：顯示 CHO 單細(xì)胞懸液在鋪板 180 分鐘的活細(xì)胞密度和細(xì)胞活率的圖表

結(jié)果：

在長(zhǎng)時(shí)間的鋪板過(guò)程中（180 分鐘），細(xì)胞活率始終保持在 > 90%，這表明 VIPS PRO 的設(shè)計(jì)以及細(xì)胞池在鋪板程中為細(xì)胞培養(yǎng)維持了一個(gè)健康的環(huán)境。

 

鋪板效率一致性

VIPS PRO 細(xì)胞池的設(shè)計(jì)，如自帶轉(zhuǎn)子保持細(xì)胞懸液混合狀態(tài)，大口徑噴嘴，減少噴射對(duì)細(xì)胞的損傷等，都保證了穩(wěn)定的鋪板效率和較高的細(xì)胞活率，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)細(xì)胞池可連續(xù)進(jìn)行鋪板的功能。

方法：

將 3 mL 的 CHO 單細(xì)胞懸浮液加入 VIPS PRO 的細(xì)胞池中，并鋪了 10 塊 96 孔板。

結(jié)果：

VIPS PRO 輕松地鋪完 10 塊 96 孔板，同時(shí)保持了穩(wěn)定且高效的單細(xì)胞鋪板效率（見(jiàn)圖 3）。

圖 3：顯示了 VIPS PRO 所鋪 10 塊 96 孔板的每塊板的鋪板效率（%）

來(lái)自用戶的真實(shí)分享：

Camile Evenou Celonic AG：“VIPS 是獨(dú)一無(wú)二的，是市場(chǎng)上唯一一個(gè)能夠通過(guò)高分辨率（Z 軸堆疊）成像追蹤單個(gè)細(xì)胞實(shí)際進(jìn)入孔板的單細(xì)胞克隆系統(tǒng)，并且支持隨后由 Cell Metric 提供的每日全孔成像。”

Evercell Bio：“通過(guò)提高效率和減少實(shí)驗(yàn)耗材，我們估計(jì)在典型的基因編輯工作流程中可以節(jié)省高達(dá) 50% 的時(shí)間。”