利用Biorep生物流体灌注系统进行自动细胞分泌分析

  Alu ·  2011-04-03 07:24  ·  34329 次点击
行业:生命科学,医学/医疗器械
产品:
LabVIEW,CompactRIO,报告生成工具包,实时模块,TouchPanelModule,FPGA模块,NISoftMotion开发模块,PID控制工具包
挑战:
增进细胞分泌分析的处理能力和可重复性,这种分析常被用于第一型糖尿病研究中的胰岛细胞的分析。
解决方案:
使用NI的LabVIEW软件和CompactRIO硬件,创建一个自动生物流体灌注(Perifusion)系统。它能实现全面的环境控制,刺激不同细胞类型,并在符合可编程协议的情况下能够自动收集分泌物。
Biorep技术股份有限公司(BiorepTechnologiesInc.)需要设计一种设备用来隔离胰脏中特定细胞(胰岛细胞)。隔离过程非常复杂,需要超过20种不同的装置,其中5种需高度自动化。在目前,这些自动化装置是使用不同的平台与可编程语言来完成的,比如,一种语言用于控制器、另一种用于触摸屏、第三种语言用于电机驱动、第四种语言用于步进器驱动。随着公司的发展,这样的设计方式造成了很多问题。由于采用了多种语言环境,所以需要不同的学习曲线,冗长的程序说明文件,而且不同平台间需要不同的通讯协议,非常没有效率。
考虑到NI的产品在近年来有着非常巨大的发展,能够满足我们的功能需求,我们决定采用功能强大的LabVIEW图形化系统设计软件来实现所有的自动化装置。这样,绝大部分的自动化装置都能够在一个软件平台上完成,所以工程师只需要学习一种语言,并且也能简化设备的工作流程。此外,LabVIEW还提供了先进的软件调试工具,并使设备具备了远程调试功能,帮助我们缩短调试时间,并避免长途旅行,换算下来相当于节省了超过10,000美金的成本。LabVIEW平台的使用,对我们的效率和开发能力造成了很大的影响。
只用了3个月,我们VI设计组的克里斯·弗朗达(ChrisFronda)就能使用LabVIEW和CompactRIO来控制一个复杂的自动化医疗仪器,其中包括多轴运动控制(步进电机)、精准的培养箱温度控制和复杂的液体处理功能(电子阀数组控制)。VI设计组使用LabVIEWReal-Time模块与LabVIEWFPGA模块开发了软件架构。公司还使用LabVIEWNISoftMotion模块(图1)实现了系统的仿真,在虚拟原型上模拟真实的运动轨迹,这使我们在花费成本制造实体原型之前,就先将设计进行可视化和最优化,并帮助我们评估不同的设计理念。依靠LabVIEW和CompactRIO,VI设计组将开发时间从预计的12个月缩短至3个月,并且不用开发定制的控制软件与驱动程序。
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图1:SolidWorks下的XY机械结构起初,我们开发Biorep生物流体灌注系统(图2)是为了测试试管内胰岛能力的。之后,系统功能得以不断扩充,还可以可测定来自胰腺源祖干细胞(pancreaticprogenitorstemcells)的分化细胞的分泌物。
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图2:Biorep生物流体灌注系统在研究细胞对刺激物的反应时(例如在糖尿病研究中细胞对药物或葡萄糖的反应),灌注对批次培养(batchincubation)有非常大的好处。在生物流体灌注系统中,会有刺激物不断注入,研究中的细胞或细胞群所分泌的代谢物冲走。而在过去的批次培养中,这些代谢物会累积从而影响研究结果。
也有一些其它更先进的方法,例如动态量测,但它们并不实用,所以实验室仍然使用批次培养的方法。Biorep技术股份有限公司(BiorepTechnologiesInc.)与迈阿密大学糖尿病研究机构(DiabetesResearchInstituteattheUniversityofMiami)开发的自动的生物流体灌注系统,可以简化实验流程。它能实现全面的环境控制,刺激不同细胞类型,并在符合可编程协议的情况下能够自动收集分泌物(图3及图4)。经过测试,我们的生物流体灌注系统被证明是非常有价值的,可以在器官移植前,在试管内测试人类胰岛的生存能力。
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图3:协议监测界面
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图4:容器定位界面目前,已有数个实验室定期采用该系统来研究胰岛细胞的激素分泌。然而,Biorep生物流体灌注系统并不仅限于用在胰岛分泌的研究。它还可用来测定其他类型细胞的分泌,包括诸如干细胞这类的单细胞。此外,它更成为了医药产业药物研发过程中不可或缺的一部分。
作者:
FelipeEcheverri
BiorepTechnologies公司
AndresBernal
BionikoConsulting公司
ChrisFronda
VIDesignGroup公司

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