アプリケーションノート

がん研究［Cancer Research］

Accelerating drug discovery (Data provided by Dr. Warren, UCSF)

The drug screening based on three-dimensional culture or Organoids is a state-of-the-art in precision medicine. We applied the YAMAHA CELL HANDLER™ to moderate throughput drug screening against patient-derived cancer spheroids.

Accurate 3D cell-based assay - targeted on ex vivo - (Collaboration with On-chip Biotechnologies Co., Ltd.)

3D cell-based assays using spheroids and ex vivo tumor fragments have recently been paid much attention in preclinical drug discovery and drug efficacy evaluation. However, size uniformity as well as cell viability need to be significantly improved for obtaining accurate and reproducible data. On-chip™ Sort (On-chip Biotechnologies Co., Ltd., Tokyo, Japan) can select intended samples from a population based on scattered light and fluorescence. YAMAHA CELL HANDLER™ (YCH) can select and transfer targeted samples from one plate to another. In this report, we describe a method for preparation of precise 3D cell-based assay by combining the two instruments.

Scalable 3D Vascular Tissue Modeling using UniFlow Technology Combined with Automated Spheroid Placement

Automated workflows are key to increasing throughput, reducing variability, and improving reproducibility in 3D cell culture applications. MIMETAS integrates high-content imaging and robotics to streamline the placement of spheroids into 3D in vitro models, for example, with the OrganoPlate Graft UF 32 and its perfused vascular bed.

オルガノイド研究［Organoid Research］

Direct picking from Matrigel^® dome (Collaboration with HUB) / Assay with two layer Matrigel^®

YAMAHA CELL HANDLER™ can directly and accurately pick up cell aggregates from hydrogel media, e.g. Matrigel^® (Figure 1 for two-layer Matrigel^® and Figure 2 for dome Matrigel^® ). This technology significantly shortens the duration of the spheroid or organoid collection from the MP and thereby increasing the assay throughput and testing of assay conditions.

Isolation of kidney organoids (Data provided by Dr. Takasato, RIKEN)

This laboratory at RIKEN is focused on uncovering the developmental mechanisms of human mesoderm in the kidney by utilizing its unique technology that can generate hiPSC-derived kidney organoids from pluripotent cells in vitro. The capability of the CELL HANDLER™ was evaluated in the selection and isolation of target kidney organoids exhibiting specific morphological characteristics.

Isolation of lung organoids (Data provided by Dr. Morimoto, RIKEN)

Research on the respiratory system at the RIKEN laboratory has focused on generating respiratory tissue organoids from mice. To develop an in vitro pathology model, uniform organoids are grown in semi-solid support such as Matrigel^®. The spheroids are selected and isolated based on morphological assessment, which is an important requirement in 3D culture. The applicability of CELL HANDLER™ in this spheroid transfer process was evaluated by the RIKEN research group.

CELL HANDLER™2を用いたAggreWell™ プレートからのスフェロイド自動分取・移動

CELL HANDLER™2は、目的の細胞を自動で認識し、高速かつ高精度に分取·移動できる装置である。本アプリケーションノートでは、AggreWell™プレートを用いたスフェロイド自動移動の精度と効率を評価した。AI画像認識モデルによるスフェロイド検出と、パラメータに基づく絞り込みにより、均一なスフェロイドを効率的に選定した。AggreWell™400およびAggreWell™800の両プレートで、96個のスフェロイドを約9分で移動し、移動成功率は99%を実現した。今後は、スフェロイドを活用した薬剤スクリーニングや共培養システムへの応用が期待される。

CELL HANDLER™2を用いたEZSPHERE^®プレートからのスフェロイド自動分取・移動

CELL HANDLER™2は、目的の細胞を自動で認識し、高速かつ高精度に分取·移動できる装置である。本アプリケーションノートでは、CELL HANDLER™2によるEZSPHERE^® SP マイクロプレートからのスフェロイド自動移動の精度と効率を評価した。AI画像認識モデルによるスフェロイド検出と、パラメータに基づく絞り込みにより、均一なスフェロイドを効率的に選定した。96個のスフェロイドを約10分で移動し、移動成功率は99%を実現した。今後は、スフェロイドを活用した薬剤スクリーニングや共培養システムへの応用が期待される。

幹細胞（ステムセル）研究［Stem Cell Research］

iPS細胞の分取自動化 (データ提供: 京都大学iPS研究財団(CiRA_F) 細胞調製施設(FiT)、塚原先生、一阪先生)

京都大学iPS細胞研究財団（CiRA_F）細胞調製施設（FiT）では、再生医療用iPS細胞の製造が行われている。その作業の1つとして高品質なiPS細胞の選別が手作業で行われている。そこで、CELL HANDLER™を用いたiPS細胞シングルセルおよびコロニーの自動分取の可能性について共同実験を行った。

Differentiation analysis of iPSC / iPS-derived cardiomyocytes (Data provided by Dr. Shimizu (Tokyo Women's Medical Univ., ABMES))

Embryoid body (EB) spheroids derived from 201B7 cells were selected and grouped by size (area). Expression levels of several differentiation markers were measured. Our result showed that small-sized EB spheroids tended to remain undifferentiated.

単一細胞（シングルセル）研究［Single Cell Research］

CELL HANDLER™による 抗体高産生細胞 選別プロセスの構築

抗体高産生細胞選別プロセスを構築するうえで、対象となる細胞株を作成するために、CHO細胞に抗体発現遺伝子をトランスフェクションした。
遺伝子導入したCHO細胞を半固形培地で満たしたグリッド付プレートに播種後、培養した。培養中の様子は、CELLHANDLER™にて日ごとに撮像し、追跡した。その後、蛍光標識した検出抗体を添加し、CELLHANDLER™による画像解析を行うことで、抗体産生量を蛍光強度によって評価し、目的とする細胞の選出を行った。選出した細胞をグリッドごとにピッキングし、移動後順次極小培養環境下での拡大培養を行った。最後に、ELISAを行い、抗体産生量を確認した。

Selection of transfectants / Imaging options for single cell

Establishing stable monoclonal transfectant cell lines requires drug selection followed by identification and isolation of single target cells (e.g., fluorescence-positive), clonal expansion, and verification—steps that can be labor-intensive when done manually. In this application note, CHO cells transfected with a GFP vector carrying a puromycin-resistance marker were selected with puromycin for 8 days, dispersed on an Elplasia^® plate, and single cells were detected by bright-field and fluorescence imaging. CELL HANDLER™ picked a fluorescent target cell and transferred it to another plate, forming a stably fluorescent colony after 6 days.

Establishment of clonal Organoid cultures after CRISPR-Cas9 genome editing using the Yamaha CELL HANDLER™ with HUB Organoids

Organoids are 3D tissues grown from stem cells and can be expanded long-term from many healthy or diseased samples. After CRISPR/Cas9 editing, cultures are typically polyclonal and editing efficiency is not 100%, so modified organoids (e.g., GFP-positive) must be identified and isolated. Because DNA repair can generate multiple genotypes, single-organoid picking, transfer to individual wells, expansion, and sequencing are needed to establish genetically pure clones—an increasingly labor-intensive workflow. The Yamaha CELL HANDLER™ aims to automate image-based recognition and transfer of target organoids using fluorescence and morphology, improving throughput and consistency in clonal selection.

その他の細胞研究［Other applications］

Automated placement of varied sized spheroids in Organ on a Chip, Mimetas OrganoPlate^® Graft by CELL HANDLER™

Advanced approach for 3D-cell phenotypic assay

Cell media change / Expanding cell culture / Picking of adherent spheroids

AI画像認識モデルによる細胞検出精度の評価

CELL HANDLER™2は画像から細胞を検出して特徴量を解析し、条件に合致した細胞を任意の培養プレートへ自動移動できる装置である。AI画像認識モデルの導入により、多様な細胞種やカルチャープレートでも安定して高精度に検出でき、作業効率の一層の向上が期待される。本アプリケーションノートでは、このAI画像認識モデルによる細胞検出精度を評価した。

CELL HANDLER™を用いたスフェロイド移動の高精度·高効率化

従来、スフェロイドの移動作業は手作業による煩雑さや再現性の課題があり、高精度な薬剤スクリーニングやMPS(Microphysiological Systems)プレートへの応用時にボトルネックとなっていた。本アプリケーションノートでは、CELL HANDLER™を用いたスフェロイド移動の基本性能を、従来のマニュアル法と比較して定量評価した。ヒト大腸がん由来(HT-29細胞)スフェロイドを対象に、作業時間、培地持ち越し量、移動成功率、形態保持率を指標としてスフェロイドを移動した結果、CELL HANDLER™は、作業時間を約60%短縮し、培地持ち越し量を約99%削減しつつ、マニュアル法と同等以上の移動成功率および形態保持率を実現した。

Yamaha Precision Tip™を用いた高精度な自動細胞移動:多様なアプリケーションへの応用

細胞移動の自動化において、細胞サイズや培養環境に応じた適切なツール選択が不可欠である。Yamaha precision Tip™(YPT)は、CELL HANDLER™による高精度な細胞移動を実現するために独自開発された、シリンジ/プランジャー構造を有するチップである。CELL HANDLER™は、チップの自動取付·位置補正·廃棄機能を備え、正確かつ再現性の高い細胞操作を可能とする。YPTは、浮遊細胞のみならず、ゲル状培地内の3次元細胞や接着状態の2次元細胞にも対応可能である。本アプリケーションノートでは、YPT 各種の用途に応じた代表的な細胞移動事例を示し、その有用性を紹介する。