UP.SIGHT2.0实现>99.99%单克隆保障与全流程数字化整合
2025-05-06 来源:本站 点击次数:146
在生物制药领域，细胞株开发（Cell Line Development, CLD）正经历效率与合规性的双重革命。随着单克隆抗体和基因治疗等产品的研发周期缩短至18至24个月，传统技术面临三大核心瓶颈：多设备切换导致的工作流割裂显著延长研发周期，分选与成像环节的技术局限使得单克隆性难以保证，而人工操作模式更无法满足日益严格的监管追溯要求。
为应对这些挑战，德国CYTENA公司研发的影像式单细胞打印与成像系统UP.SIGHT 2.0，通过双重成像验证体系与全流程数字化整合，重构了CLD技术的范式。
本研究基于16,949孔级实验数据，系统验证了UP.SIGHT 2.0的单细胞分选效率（SCDE）和单克隆概率（p(clonal)），并通过培养基与孔板的优化提升了克隆恢复率。数据显示，SCDE超过97%、p(clonal)超过99.99%，克隆回收率高达80%，结果表明：UP.SIGHT 2.0覆盖了单细胞分选的全流程，确保单克隆性和克隆追踪，从而加速CLD工作流程。
实验结果
1. 单细胞分选效率（SCDE）验证
研究者通过三项独立实验（共分配45块384孔板，分析超17,000孔）评估了UP.SIGHT 2.0的单细胞分配效率（SCDE）。每项实验均使用三台UP.SIGHT 2.0以排除仪器特异性因素的影响。
结果显示，97.82%的孔含有单细胞，1.89%为空孔，只有0.29%包含多个细胞（多为双细胞）。多细胞孔的主要原因是细胞重叠（28/48）或与喷嘴壁接近未被识别（11/48），仅有5例无法通过喷嘴图像检测。空孔主要由于细胞未分配（38/330）或仅分配碎片（4/330）。UP.SIGHT 2.0的SCDE超过97%，且多细胞孔比例很低（<0.5%），但后者可能影响单克隆性，因此研究者进一步分析了单克隆来源的概率。
2. 单克隆概率（p(clonal)）验证
UP.SIGHT 2.0系统通过单细胞分配和双重图像验证（喷嘴成像与3D全孔成像）来验证单克隆概率。
实验数据显示，在优化参数下，喷嘴成像误差率为0.088%（5/16,949孔），3D成像误差率为0.139%（11/16,949），两者同时出错的概率仅为0.0001225%，单克隆概率达99.9998775%。即使在次优参数下（人为提高双细胞率至16.6%），计算误差率仍低于0.000446%，单克隆概率保持99.9955%。即使在观测误差率较高（分别为0.000059%（1例）和0.04%（2例））的情况下，经过高估因子校正后实际概率仍可达99.9993%。结果表明，UP.SIGHT 2.0通过严格的图像验证可将单克隆来源概率稳定控制在>99.99%水平。
3. 克隆恢复优化：培养基与孔板的影响
研究表明，克隆恢复率显著受培养基和孔板选择的影响。实验中使用CHOK1-Her2细胞评估不同培养条件，发现CHOlean培养基的克隆恢复率优于CDCHO，且稳定性更高。补充20%的条件培养基可将恢复率大幅提升至60%-80%。此外，不同厂商的384孔板和96孔板因表面特性、设计及成像兼容性等差异，导致恢复率波动较大。通过系统优化培养基配方和筛选合适的孔板，可显著提高单细胞克隆的成功率，为治疗性蛋白生产和基因治疗提供可靠支持。
实验结论
本研究系统评估了影像式单细胞打印与成像系统UP.SIGHT 2.0在细胞株开发（CLD）中的关键性能指标与创新价值，揭示了其在单克隆保障、流程整合及成本效益方面的突破性进展：
1. 优秀的单克隆保障能力
喷嘴高速成像系统：500fps超高速摄像精准捕捉每个液滴，实现97.8%的单细胞分选效率（SCDE），多细胞孔率仅0.29%（较FACS降低20倍）。
板底3D全孔成像：专利Z轴成像技术穿透培养基实现细胞3D定位，消除15%的传统成像盲区。
双重验证机制：两系统独立运作，单克隆保证概率>99.99%（置信区间99%）。
2. 全流程一体化革新：从“多仪器串联”到“单平台闭环”
集成单细胞分选（定位精度±3μm）、实时克隆验证与动态生长监测功能，将传统多设备串联流程简化为单平台操作，减少60%人工干预。
数字化溯源系统自动生成符合21 CFR Part 11的电子记录，包括每孔200+张时间戳图像、统计学置信区间计算及CTD格式申报资料。完整数据链支持生物制品质量追溯，直接满足基因治疗、CAR-T等前沿领域需求。
3. 标准化与指导意义
研究成果不仅验证了UP.SIGHT 2.0系统的可靠性，更为用户提供了从仪器验证到工艺优化的标准化指南，对提升细胞株开发效率、质量控制及生物制品申报具有重要实践价值。
为应对这些挑战，德国CYTENA公司研发的影像式单细胞打印与成像系统UP.SIGHT 2.0，通过双重成像验证体系与全流程数字化整合，重构了CLD技术的范式。
本研究基于16,949孔级实验数据，系统验证了UP.SIGHT 2.0的单细胞分选效率（SCDE）和单克隆概率（p(clonal)），并通过培养基与孔板的优化提升了克隆恢复率。数据显示，SCDE超过97%、p(clonal)超过99.99%，克隆回收率高达80%，结果表明：UP.SIGHT 2.0覆盖了单细胞分选的全流程，确保单克隆性和克隆追踪，从而加速CLD工作流程。
实验结果
1. 单细胞分选效率（SCDE）验证
研究者通过三项独立实验（共分配45块384孔板，分析超17,000孔）评估了UP.SIGHT 2.0的单细胞分配效率（SCDE）。每项实验均使用三台UP.SIGHT 2.0以排除仪器特异性因素的影响。
结果显示，97.82%的孔含有单细胞，1.89%为空孔，只有0.29%包含多个细胞（多为双细胞）。多细胞孔的主要原因是细胞重叠（28/48）或与喷嘴壁接近未被识别（11/48），仅有5例无法通过喷嘴图像检测。空孔主要由于细胞未分配（38/330）或仅分配碎片（4/330）。UP.SIGHT 2.0的SCDE超过97%，且多细胞孔比例很低（<0.5%），但后者可能影响单克隆性，因此研究者进一步分析了单克隆来源的概率。
2. 单克隆概率（p(clonal)）验证
UP.SIGHT 2.0系统通过单细胞分配和双重图像验证（喷嘴成像与3D全孔成像）来验证单克隆概率。
实验数据显示，在优化参数下，喷嘴成像误差率为0.088%（5/16,949孔），3D成像误差率为0.139%（11/16,949），两者同时出错的概率仅为0.0001225%，单克隆概率达99.9998775%。即使在次优参数下（人为提高双细胞率至16.6%），计算误差率仍低于0.000446%，单克隆概率保持99.9955%。即使在观测误差率较高（分别为0.000059%（1例）和0.04%（2例））的情况下，经过高估因子校正后实际概率仍可达99.9993%。结果表明，UP.SIGHT 2.0通过严格的图像验证可将单克隆来源概率稳定控制在>99.99%水平。
3. 克隆恢复优化：培养基与孔板的影响
研究表明，克隆恢复率显著受培养基和孔板选择的影响。实验中使用CHOK1-Her2细胞评估不同培养条件，发现CHOlean培养基的克隆恢复率优于CDCHO，且稳定性更高。补充20%的条件培养基可将恢复率大幅提升至60%-80%。此外，不同厂商的384孔板和96孔板因表面特性、设计及成像兼容性等差异，导致恢复率波动较大。通过系统优化培养基配方和筛选合适的孔板，可显著提高单细胞克隆的成功率，为治疗性蛋白生产和基因治疗提供可靠支持。
实验结论
本研究系统评估了影像式单细胞打印与成像系统UP.SIGHT 2.0在细胞株开发（CLD）中的关键性能指标与创新价值，揭示了其在单克隆保障、流程整合及成本效益方面的突破性进展：
1. 优秀的单克隆保障能力
喷嘴高速成像系统：500fps超高速摄像精准捕捉每个液滴，实现97.8%的单细胞分选效率（SCDE），多细胞孔率仅0.29%（较FACS降低20倍）。
板底3D全孔成像：专利Z轴成像技术穿透培养基实现细胞3D定位，消除15%的传统成像盲区。
双重验证机制：两系统独立运作，单克隆保证概率>99.99%（置信区间99%）。
2. 全流程一体化革新：从“多仪器串联”到“单平台闭环”
集成单细胞分选（定位精度±3μm）、实时克隆验证与动态生长监测功能，将传统多设备串联流程简化为单平台操作，减少60%人工干预。
数字化溯源系统自动生成符合21 CFR Part 11的电子记录，包括每孔200+张时间戳图像、统计学置信区间计算及CTD格式申报资料。完整数据链支持生物制品质量追溯，直接满足基因治疗、CAR-T等前沿领域需求。
3. 标准化与指导意义
研究成果不仅验证了UP.SIGHT 2.0系统的可靠性，更为用户提供了从仪器验证到工艺优化的标准化指南，对提升细胞株开发效率、质量控制及生物制品申报具有重要实践价值。
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