Search
Hela Cells

הדמיית תאים חיה חלוצית – ההשפעה והחידושים של יוקוגאווה

מאז שנות ה-90, יוקוגאווה מילאה תפקיד בולט במחקר ופיתוח של מיקרוסקופים קונפוקאליים מהירים להדמיה בזמן אמת של תאים חיים, ובשנת 1996 השיקה את המוצר הראשון שלה, יחידת הסורק הקונפוקאלי CSU10. לאחר מכן החברה הוציאה את CellVoyager מערכת סינון בתפוקה גבוהה, ציטומטר תמונה CQ1 הכל-ב-אחד, תוכנת CellPathfinder לניתוח תמונות תאים ומוצרים מתקדמים נוספים. יוקוגאווה היא חלוצה של טכנולוגיות הדמיית תאים חיים ומערכות תמיכה לגילוי תרופות.

בראיון זה, NewsMedical מדבר עם קווין ג'אן מיוקוגווה על העתיד של טכנולוגיות הדמיה של תאים חיים.

ה-CSU10 היה מוצר ציון דרך עבור יוקוגאווה בשנת 1996. כיצד השפיעה הצגתו על תחום הדמיה של תאים חיים ועל מעמדה של יוקוגאווה בשוק?

באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית, ה-CSU 10 אפשר הדמיה חיה של תאים ודגימות עבות דרך ציר ה-Z עם תאורה רב-נקודתית וזיהוי רב-נקודתי, בעוד שגם ההארה וגם הזיהוי של מיקרוסקופיה אופטית קונבנציונלית היו מישוריים. כמו כן, השימוש ברוב המיקרוסקופים הקונפוקאליים באותה תקופה, בדרך כלל לקח יותר משנייה להפיק תמונה בודדת. זה היה איטי מכדי לצפות בתנועה של תאים חיים בזמן אמת.

ה-CSU10 סיפק מהירויות סריקה מהירות של 360 פריימים לשנייה עם יחס אות לרעש (S/N) גבוה. מאפיינים אלה אפשרו צפייה ישירה בתמונות חדות וקונפוקאליות של דגימות פלורסנט בזמן אמת על העינית. התמונות הקונפוקאליות שצולמו על ידי ה-CSU10 יכולות להיות מוקלטות על ידי מצלמת וידאו כתמונות חיות. אלה אפשרו לחקור התנהגות בזמן אמת ואינטראקציות בין מיקרואורגניזמים. איכות ההדמיה אפשרה לטכנאי להקליט חתך ברור של עובר שלם. בנוסף, ניתן היה להרכיב את ה-CSU10 על רוב המיקרוסקופים שהיו בשימוש באותה תקופה.

מהם האתגרים הטכנולוגיים והשוקיים המרכזיים שעמדו בפני יוקוגאווה בעת פיתוח ה- CellVoyager מערכת סינון בתפוקה גבוהה?

האתגרים היו למעשה אופייניים לטכנולוגיה חדשה ומתקדמת. מלבד שיתוף הפעולה שלנו – או, כמו שאנחנו אומרים, חדשנות משותפת – שותפים, רבים בתעשייה לא הבינו את הטכנולוגיה או את האפשרויות שהיא אפשרה. עם זאת, אלה המעורבים בגילוי ופיתוח מתקדמים של תרופות דרשו מה שהתייחסנו אליו כ"ניתוח תוכן גבוה" לצורך בדיקה פנוטיפית. השימוש בדגימות תלת-ממדיות, כגון כדוריות ואורגנואידים, ודגימות תאים חיים כדי לחקות סביבות תאיות מציאותיות, הופיע כדרישת מפתח עקב פיתוח טכנולוגיית תרבית תאים.

הערכת מספר רב מאוד של תרכובות גוזלת זמן – אך רכישת מספר רב של תמונות סלולריות ברזולוציה גבוהה עם מהירות סריקה מהירה היא חשובה ביותר לבדיקת תרופות. צילומי הניתוח בעלי התוכן הגבוה איזנו את הדרישות הסותרות בדרך כלל ברמת ביצועים גבוהה. טכנולוגיית הליבה, דיסק ה-Nipkow הכפול המשופר עם עדשות מיקרו בסורקים הקונפוקאליים ויחידות הדיסקים הקונפוקאליים שלנו (CSUs), מאפשרת ללכוד תמונות באיכות גבוהה עם זמן רכישה קצר להפליא.

דיסק מסתובב של Nipkow המכילה כ-20,000 חרירים ודיסק משנה המכילה אותו מספר של מיקרועדשות למיקוד אור לייזר עירור לכל חריר מתאים מקובעים מכנית על מנוע ומסתובבים במהירות גבוהה. כתוצאה מכך, ניתן להשיג סריקת רסטר במהירות גבוהה של אורות העירור על הדגימה.

חריר ועדשות המיקרו מסודרים על כל דיסק בעיצוב קנייני כדי לייעל את סריקת הרסטר. סריקה מרובת קרן לא רק מגבירה את מהירות הסריקה, אלא גם גורמת להלבנת פוטו ולפוטו-רעילות נמוכה יותר באופן משמעותי, מכיוון שעירור רב-קרן זקוק רק לרמה נמוכה של כוח לייזר על הדגימה כדי לעורר את הקרינה המלאה.

אמנם היו פרדיגמות טכניות שצריך להתגבר עליהן, אבל הצלחנו לספק השוואה בין ניתוח תוכן גבוה (HCA) לבין שיטות אחרות, כגון ציטומטריית זרימה, סקר בתפוקה גבוהה ומיקרוסקופיה מסורתית. הצדקת העלות הגבוהה יותר לקחה זמן, אבל בסופו של דבר זה היה תלוי בסיוע למשתמשים פוטנציאליים להבין את האפשרויות – ואת החסרונות התחרותיים המשמעותיים של פיגור בתהליך גילוי התרופות המתפתח במהירות. יתר על כן, סיפורי הצלחה מוקדמים סיפקו אמינות מכרעת.

תמונה של תאי הלה שצולמה על ידי CV8000_MitoGreen (ירוק) ו-Dapi (כחול) עדשת טבילת מים 60x, 50um Pinhole. קרדיט תמונה: Yokogawa Life Science

כיצד בולט הציטומטר תמונה CQ1 ו-CQ3000 בנוף התחרותי של ציטומטריית תמונה, ואילו תכונות הופכות אותו למתאים במיוחד לגילוי תרופות?

ה-CQ1 וה-CQ3000 הן שתיהן יחידות משטחים המשלבות את יכולת הפעולה של ציטומטר זרימה מסורתי עם איכות התמונה הגבוהה של טכנולוגיית HCA שלנו. ניתן להתקין אותם בקלות בכל מעבדה ללא צורך בחדר חושך או התקנה מיוחדת. למרות קלות השימוש, ה-CQ1 וה-CQ3000 מציעים חילוצי תכונות עשירות לניתוח תמונה סלולרית מתוחכמת. טכנולוגיית ה-Nipkow מסתובב דיסק confocal מאפשרת סריקה במהירות גבוהה תוך מזעור פוטו-רעילות והלבנת פוטו, מה שמשפר משמעותית את הפרודוקטיביות.

ה-CQ1 וה-CQ3000 מאפשרים מדידות של כדוריות, מושבות וחתכי רקמה. בניגוד לציטומטריית זרימה מסורתית, תאים אינם מוסרים מצלחת התרבות. בנוסף, אינקובטור בשלב דיוק גבוה ופוטוטוקסיות נמוכה של הקונפוקאל מאפשרים ניתוח של זמן-lapse ותאים חיים. זה גם תואם לתוכנת מערכת ניתוח תוכן גבוהה CellPathfinder.

האם תוכל לשפוך אור על מסע הפיתוח של תוכנת ניתוח התמונות התא CellPathfinder ותרומתה לתחום הניתוח הסלולרי?

עד כמה שמתקדמת הליבה, טכנולוגיית החומרה לניתוח תוכן גבוה, מימוש אפשרויות ההדמיה הסלולרית תלוי במידה רבה בתוכנת הניתוח. לדוגמה, פונקציות למידת מכונה של תוכנת מעקב תאים מגדילות באופן דרמטי את זיהוי היעד ומקטינות תפניות איטיות. למידת מכונה גם משפרת ללא הרף את הצלחת התהליך.

CellPathfinder מספק פונקציות ניתוח בשפע כדי להתאים את המחקר. זה פותר צווארי בקבוק בבדיקה ומשתמש בבינה מלאכותית כדי לפשט ניתוחים מתקדמים. זה גם מספק זיהוי של אירועים נדירים (CTC, למשל) במהירות גבוהה ובדיוק גבוה.

כמו כן, עבדנו רבות עם שותפים לחדשנות משותפת כדי לשכלל את הסביבה עבור יישומים ספציפיים כגון היווצרות מושבות, ציטוטוקסיות, גדילת עצבים, ניתוח תרבית משותפת ומעקב אחר תאים.

HEK293

תמונה של HEK293 שצולמה על ידי חריר CQ1_50um. קרדיט תמונה: Yokogawa Life Science

באילו התקדמות עתידיות בטכנולוגיות הדמיית תאים חיים יוקוגאווה מתמקדת או מתכננת לחקור?

אנו עובדים עם שותפי חדשנות משותפת על יישומים חדשים שיכולים להרחיב את היכולות של טכנולוגיית HCA. מספר הוכחות של מושגים נמצאים בתהליך, ובמקרים מסוימים, חוקרים הצליחו לדווח על מסקנות. לדוגמה, הפתרון האחרון שלנו לניתוח תא בודד, מערכת Single Cellome™, דגם SS2000, הוצג במאמר שפורסם בכתב העת הידוע. כימיה אנליטית לגבי עבודה פורצת דרך שבוצעה על ידי חוקרים מאוניברסיטת סארי, אנגליה, בתחום המתפתח של ליפידומיה חד-תאית.

ה-SS2000 הוא התקן תמונה חיה של תאים המצויד בטכנולוגיית הדמיית דיסק כפולה מיקרו-לנים מקורית של Yokogawa, המאפשרת מחקר חדשני במדעי החיים.

Lipidomics הוא מחקר רחב היקף של שומנים, משפחה גדולה של מולקולות הממלאות תפקידים ביולוגיים החל משמירה על פעילות תקינה של גוף האדם ועד להתפתחות מחלות עיקריות. מחקרים ליפידומיים נערכים באופן קונבנציונלי על ידי בידוד בכמות גדולה וניתוח של שומנים מתאים רבים.

בעוד שניתוחי שומנים בכמות גדולה יכולים לספק למדענים ממוצע אוכלוסיה של פרופיל השומנים, הם אינם מסוגלים להבחין בווריאציות עדינות של תא לתא או לחשוף את ההבדלים המרחביים או הזמניים בליפידום הנגרמים על ידי אינטראקציות בין תא לתא.

lipidomics של תאים בודדים הוא תחום מתפתח שבו מנתחים את הרכב השומנים של תאים בודדים. מחקרים אלה מסייעים להתגבר על האתגרים של תרופות שומניות בתפזורת על ידי מתן אפשרות למדענים לחקור הבדלים מרחביים וזמניים בנוסף לשונות בין תאית. הבנת ההבדלים הללו היא המפתח ליצירת תמונה מלאה יותר להבנת מחלות כמו סרטן. אחד האתגרים העומדים בפני החוקרים הוא היכולת לבודד תאים בודדים באופן ששומר על הליפידום הטבעי של התא.

השיטות הנוכחיות של בידוד תא בודד מנתקות ומשעות תאים מרובים בבת אחת ואז מבודדות אותם דרך תעלה צרה, אך הדבר עלול להלחיץ ​​במיוחד את התאים ועלול לגרום לשינויים בהרכב השומנים הסלולרי.

מערכת SS2000 Single Cellome של Yokogawa משתמשת בטכנולוגיית הדמיה קונפוקלית כדי לעזור להתגבר על אתגרים עם lipidomics חד-תאיים. זוהי מערכת דו-תכליתית המאפשרת הדמיה של תאים חיים וגם מבצעת דגימה אוטומטית לחלוטין של תא בודד ותת-תאי מבלי לעבור את תהליך ההשעיה, ובכך למזער את הלחץ על התאים.

מיקרוסקופיה קונפוקלית של דיסק מסתובב

טכנולוגיית מיקרוסקופיה קונפוקלית של דיסק מסתובב. קרדיט תמונה: Yokogawa Life Science

כיצד שותפויות ושיתופי פעולה ממלאים תפקיד באסטרטגיה של יוקוגאווה לפיתוח ושיפור פתרונות מיקרוסקופיה והדמיה?

שותפויות ושיתופי פעולה עם מחזיקי עניין מרכזיים הם חלק בלתי נפרד מתהליך הפיתוח של יוקוגאווה. החברה משתמשת בביטוי "חדשנות משותפת למחר" כסיסמה תאגידית. זה מייצג את הנחישות ליצור במשותף ערך חדש לפתרון בעיות של לקוחות והרחבת הזדמנויות חדשות תוך טיפוח שותפויות ארוכות טווח.

Yokogawa גם שינתה את הכיוון של פעילויות המו"פ של החברה מפיתוח טכנולוגיות חדשות ויצירת ערך בעצמה ליצירת ערך חדש בשיתוף עם הלקוחות.

הרעיון המרכזי הוא שעלינו לזנוח את התפיסה המקובלת של יצירת ערך ממוקדת בחברה, לבסס פרדיגמה חדשה של יצירת ערך משותפת בין חברות ולקוחות, ולשנות באופן קיצוני את הפעילויות העסקיות כדי להתיישר איתן. יתר על כן, המושג של חשיבה עיצובית דוחקת בנו לא להפיק רעיונות רק מטכנולוגיות אלא לבקר בשטח, להתבונן במשתמשים וליצור רעיון המבוסס על אמפתיה.

כיצד השפיעו כנסים ופורומים בתעשייה על אסטרטגיות פיתוח המוצר של יוקוגאווה ועל הקשרים העסקיים בקהילה המדעית?

הכנסים והפורומים אפשרו לנו להרחיב את ההזדמנויות שלנו לחדשנות משותפת באמצעות חשיפה למשתמשי קצה חדשים, משפיענים ומנהיגים בתעשייה. בתעשיות מדעי החיים, אירועים כאלה היו פעילים מאוד. בתעשייה כל כך משתנה במהירות, חיוני ליצור אינטראקציה על בסיס כמעט מתמשך.

כיצד משוב לקוחות מעצב את האבולוציה של המוצרים של יוקוגאווה, במיוחד בתחום המיקרוסקופיה הקונפוקלית וניתוח התמונה?

בעוד שמשוב מלקוחות הוא בעל חשיבות עליונה בכל תעשייה, אנו רואים בתחומים אלה מתפתחים במהירות, ולכן זקוקים לעבודה קרובה עוד יותר בשיתוף עם הלקוחות. יש למעשה תהליך מתמשך של פיתוחים חדשים בגילוי ומחקר תרופות. אנו נוקטים בגישה שכל הלקוחות הם שותפים לחדשנות משותפת.

לגבי הדובר

קווין יאן מכהן כיום בתפקיד המנהל ביוקוגאווה, שם הוא ממנף את ניסיונו הרב באוטומציה ובקרה של תהליכים. עם רקע חזק בהנדסה ורקורד מוכח בתעשייה, קווין ממלא תפקיד מכריע בהנעת פתרונות חדשניים וקידום היכולות הטכנולוגיות של יוקוגאווה. המנהיגות והמומחיות שלו תורמים באופן משמעותי להצלחת החברה במתן שירותים באיכות גבוהה ללקוחות ברחבי העולם.

על יוקוגאווה מדעי החיים

יש לנו 30 שנות ניסיון בתחום מדעי החיים הזה ונענה לפתרון הבעיות של הלקוח עם פתרונות חדישים.

סדרת CSU יחידת הסורק הקונפוקלית שלנו מאפשרת תצפית תלת מימדית של התאים בפירוט ובדינמיקה של האברונים בתוך התאים. מכיוון שסדרת ה-CSU מסוגלת לצלם במהירות גבוהה, היא מתאימה גם לצפייה בתופעות חיים במהירות גבוהה. בנוסף, סדרת CSU היא שיטה קונפוקלית רב-נקודתית שהיא עדינה במיוחד לתאים, המתאימה ביותר לתצפית בתאים חיים לטווח ארוך.


דילוג לתוכן