Все разные - каждый пациент тоже. Возраст, пол, физическая конституция или влияние окружающей среды влияют на развитие и течение заболеваний, а также на генетические, молекулярные и клеточные особенности каждого отдельного пациента. Потому что: генетический состав человека так же индивидуален, как и его отпечаток пальца. Поэтому неудивительно, что два человека с одинаковым диагнозом едва ли разрабатывают одинаковые курсы заболеваний или одинаково реагируют на одно и то же лекарство.
Новые возможности молекулярной диагностики позволяют сегодня все больше и больше адаптировать медицину к личности, персонализировать ее. Персонализированная медицина может значительно повысить эффективность терапии, избавить пациентов от ненужного лечения и страданий и, в конечном итоге, облегчить систему здравоохранения.
Эти новые возможности часто используют такие подходы, как анализ отдельных клеток, например секвенирование следующего поколения (NGS). Большинство из этих технологий имеют общий исходный материал: отдельные ячейки. Поэтому важной предпосылкой для технологий анализа или фармацевтического скрининга является эффективное предоставление высококачественных отдельных клеток из образцов ткани. Кроме того, подходы к персонализированной медицине требуют эффективных и, прежде всего, оцифрованных рабочих процессов для получения полной документации для медицины и науки.
Представленное здесь решение касается именно этих двух важных моментов: с одной стороны, улучшения диссоциации тканей, а с другой стороны, оцифровки лабораторных процессов с использованием коммерчески доступной электронной лабораторной книги.
От ткани к отдельной клетке
Клинические образцы тканей характеризуются неоднородным спектром своих структурных свойств. Большая часть диссоциации тканей все еще выполняется вручную с использованием скальпеля и клеточных сит. Помимо преимущественно ручной диссоциации, существует три альтернативных метода: ферментативная, химическая и механическая диссоциация тканей. Механический подход является предпочтительным методом для молекулярного анализа. Обработка химическими или ферментативными реагентами невыгодна, поскольку они имеют тенденцию воздействовать на белковые маркеры и структуры, необходимые для маркировки / окрашивания и молекулярно-биологического анализа.
Кроме того, клинические образцы тканей для получения первичных клеток часто доступны только в небольших количествах. В связи с высокой потребностью в первичных клетках для применения в трехмерных клеточных культурах, высокопроизводительных скринингах лекарств, клеточном давлении и технологиях "орган-на-чипе" первичные клетки должны быть получены максимально эффективно.
Различные свойства образца затрудняют стандартизированную и автоматизированную обработку ткани. Коммерческие системы диссоциации тканей ограничены Medimachine (BD) и Gentlemacs (Miltenyi Biotec) с недостатками с точки зрения функциональности, возможностей автоматизации и интеллектуального управления системой.
Оптимизированная диссоциация
Технология измельчения тканей, разработанная Fraunhofer IPA (Мангейм), обеспечивает стандартизированную подготовку образцов и последующую фильтрацию в закрытой стерильной системе на основе стандартных лабораторных предметов. Измельчитель тканей объединяет интеллектуальные алгоритмы управления с механической диссоциацией, чтобы обеспечить высококачественные одноклеточные суспензии из свежих, замороженных или FFPE образцов ткани для различных применений. Основная технология измельчителя тканей оптимизирована для идеального сочетания усилия сдвига и резания, создавая жизнеспособные клетки для последующего молекулярного анализа или культивирования [2].
Процесс оцифровки
Оцифровка лабораторных работ требует соответствующего программного обеспечения для электронной документации, которое поддерживает повседневную лабораторную работу и не мешает ей. Существует два этапа, для которых требуется программное обеспечение: этап проектирования, на котором процессы разрабатываются итеративно и всесторонне, и этап выполнения, на котором процессы фактически выполняются и документируются как эксперименты.
Картинная галерея
Ввиду значительных усилий, самостоятельно разработанные решения сегодня почти всегда запрещены. Кроме того, на рынке уже предлагается широкий спектр так называемых электронных лабораторных книг (ELN), то есть систем документации, специально адаптированных к лабораторным требованиям (см. Информационный блок LP). Одной из сильных сторон таких ELN является ориентированная на пользователя простая и гибкая документация по экспериментам, основанная на хорошо известных текстовых редакторах, таких как Word. Слабым местом существующих ELN является, в основном, недостаточно реализованный процессно-ориентированный взгляд, то есть всестороннее представление всех связанных лабораторных процессов. Таким образом, ELN могут очень хорошо использоваться для этапа выполнения экспериментов, тогда как этап проектирования до сих пор недостаточно охвачен программным обеспечением.
Дополнительная информация о событиях на рынке ELN
Электронные лабораторные книги (ELN) являются цифровыми аналогами бумажных лабораторных книг. В строго регламентированных лабораториях основанные на базе данных ELN используются не позднее 1990-х годов, и их работа тесно связана с электронными таблицами или базами данных.
За последние 15 лет был разработан новый жанр основанного на документах ELN, который больше напоминает обычную текстовую обработку с точки зрения работы и предлагает значительно больше свободы в дизайне.
Самая молодая третья категория процессно-ориентированных ELN существует на рынке уже несколько лет. Основное внимание здесь уделяется целостному представлению процессов и интегрированной обработке данных, особенно для последующего анализа данных.
Современные ELN доступны не только в виде отдельных приложений для ПК и Mac, но и в качестве приложений на основе браузера. Общим для всех ELN является то, что рабочие процессы и связанные с ними данные могут быть записаны в цифровой форме, обработаны, найдены и найдены и сохранены в долгосрочной перспективе. Количество ELN, доступных на рынке, велико, но многие продукты ориентированы на конкретные области применения.
Программное обеспечение Fraunhofer Merlin Process Designer, сокращенно Merlin, было разработано для того, чтобы восполнить этот пробел на этапе проектирования экспериментов. Это означает, что лабораторные процессы могут регистрироваться полностью в цифровом виде, чтобы обеспечить согласованное и непрерывное документирование и позволить проводить сложные эксперименты вниз по течению. Мерлин поддерживает многоязычие во время проектирования, а также предварительное планирование экспериментов. Описания процессов - часто называемые также протоколами, методами или стандартными процедурными инструкциями (SOP) - могут быть импортированы и экспортированы с использованием подходящих преобразователей. Merlin использует современные веб-интерфейсы для подключения к электронным лабораторным книгам сторонних производителей. Пример такого подключения был реализован с помощью коммерчески доступного продукта Rspace (см. Рис. 4).
Это видео показывает, как работает производство одноклеточных суспензий с помощью измельчителя Fraunhofer:
И измельчитель тканей, и Merlin были разработаны как часть внутреннего исследовательского проекта Fraunhofer «Mavo Lydia HD» с целью создания высокопроизводительной системы для персонализированной терапии рака на основе тканей [1].
Литература:
Munzenmayer, Bruns: высокопроизводительная диагностическая система для персонализированной терапии рака на тканевой основе, 5-й конгресс Digital Pathology & AI, Лондон, 2018 г.
[2] Scheuermann: TissueGrinder - Включение автоматической безферментной диссоциации тканей для обеспечения строительных блоков для 3D-клеточных культур и высокопроизводительных экранов, SLAS Advanced 3D Human Models и High Content Analysis Conference, Leiden, 2018
* S. Schöning, S. Scheuermann: Fraunhofer IPA, Project Group Автоматизация в медицине и биотехнологии PAMB, 68167 Мангейм