从单细胞克隆的筛选到单克隆抗体的生产——Cytena UP.SIGHT单细胞打印机的应用

来源：医麦客

作者：细胞市场部

时至今日，被引进于临床治疗的单克隆抗体已多达数十种，而全球每年基于单克隆抗体研发的药物市场规模更是达到近1000亿美元。生产这些重组蛋白最广泛采用的细胞系是工程化的中国仓鼠卵巢细胞（CHO）。根据美国联邦药物管理局（FDA）和其他监管机构发布的早期监管指南说明，这些重组蛋白的生产细胞系必须是从单个祖细胞克隆来源的。一方面，这是为了最大限度地减少种群异质性，从而促进高产克隆的分离和后续选择；另一方面，快速生长但产量低的克隆细胞会过度生长，影响重组蛋白的产率。因此，单细胞克隆筛选是生物制药行业生产单克隆抗体的重要步骤。

目前用于克隆细胞系开发的自动化单细胞分离方法中，最常见的主要包括有限稀释、荧光激活细胞分选（FACS）和单细胞分选。除了保证单克隆性外，任何克隆工作流程的另一个重要方面是实现高克隆效率，即最大限度地提高每个平板上活克隆培养物的百分比。使用CHO细胞和其他细胞系，通过单细胞分配实现了高细胞活力和克隆效率。然而，在实践中，细胞样本通常含有大量死亡或难以生长的细胞，这可能导致克隆恢复率低。在工业细胞系开发工作流程中，只有20%的分离单细胞生长为可用的克隆并不少见。此问题可能是由于样品制备过程造成的细胞损伤。因此，寻找一种单细胞分离方法，允许选择可能增殖并形成菌落的细胞，将是非常有益的。

德国 Cytena 公司开发的单细胞分离筛选系统 UP.SIGHT，通过自动化方式替代劳动密集和耗时的步骤来简化细胞系开发的工作流程。将具有高效、快速和温和的单细胞分选技术与超快速、高质量的成像系统相结合，可实现喷嘴成像和3D全孔成像，从而通过独 立的光学设备双重保证单克隆性。

1单克隆细胞系的双重保证

UP.SIGHT 基于顶端的透明微型分配芯片，用于从细胞悬液中按需生成微滴。分配器芯片是一个包含微流体结构的硅玻璃化合物，被称为剂量室的背面有一个具有弹性的黑色硅膜(图b)，它被一个压电板制动器所挤压偏转， 这种挤压偏转导致腔体内的液体位移而使得液滴从喷嘴喷出来。

配合安装在芯片喷嘴正下方的可控微气动快门系统在空液滴和含多个细胞的液滴通过时，自动打开，液滴则被吸走；在单细胞液滴通过时，快门系统自动关闭，结果只有含单个细胞的液滴被分离筛选到孔板中(图f)。

UP.SIGHT 提供了两种独立可确保单克隆性的方法。首先，高分辨率的相机在分配喷嘴处拍摄高清图像，以确保仅含一个细胞的液滴进入孔内。如果在喷嘴内检测到一个以上的细胞或没有细胞，则将丢弃该非单细胞液滴。更重要的是，UP.SIGHT通过一种创新的、独特的3D全孔成像技术再次确认进入孔内的单个细胞，该方法可对每个孔的全部液体体积进行成像，从而消除了孔板为鬼孔或伪影和边缘问题的影响 。喷嘴图像和孔内的3D成像双重保证使单细胞筛选率达到99.99 %。

2更高的产量，更好的成像，更快的进程

UP.SIGHT将单细胞分选技术与行业领先的成像系统相结合，可改善单细胞克隆工作流程，从而实现更高的克隆产量和加快细胞系开发进程。在分离细胞的前后过程会连续拍取多张细胞图片并储存在磁盘中以便追踪，还具有一套专利细胞识别算法的图像处理软件，能将图像中的细胞与背景、灰尘、细胞碎片以及聚团细胞或者振动和流体动力学引起的变化等区分开来。

在细胞正式分选到孔板之前，根据样品细胞的分布情况，包括直径大小分布、圆度分布和荧光强度分布等特性，可进行细胞直径、细胞圆度和细胞荧光强度的参数设定。当进行正式分选时，只有同时满足三个参数的单细胞才能被分离筛选在孔板中。

每个参数阈值的快速直观设置可确保仅将所需细胞分配到孔中，以产生更多的单克隆。这种自动化和高效的处理速度可在几分钟内完成对成百上千个单细胞的分离并成像，而所需的手工时间只有几分钟。

3特有功能！减少细胞丢失

UP.SIGHT含有Cell Focusing的独有功能, 在分选过程中，开启此功能可以将正要通过喷嘴的细胞轻柔地集中在中间位置，使细胞被排成了一列，依次通过。该技术能改善光学配件的影响，能够更好地对细胞进行形态学上的分析，提高分选速度。特别在处理稀有类型细胞时，能够减少细胞的丢失率。

UP.SIGHT单细胞分离筛选系统实现了一体化的细胞系开发工作流程，是一款多功能、高通量的单细胞分选工具，可极大加快抗体细胞株的开发。目前已成功应用于：

1抗体研发领域和细胞治疗领域的单克隆筛选2单细胞基因组学3单细胞PCR4稀有细胞的分离