《Nature》子刊：高通量连续细胞培养技术

莱斯大学的Caleb Bashor从未想过做一个自己动手的发明家，可惜市场上没有任何方法可以实现他想做的生物学实验，于是……

　　

本周《Nature Biotechnology》杂志报道了Bashor和同事们推出的一款新型细胞培养系统，该系统结合了可连续运行几个月的自动细胞培养系统，满足了一次性大规模系统化生产十几种不同细胞的需求。

3年前，现就职于莱斯大学生物工程助理教授的Bashor还在波士顿大学做博后，那时他就萌发了发明eVOLVER的想法。

Caleb Bashor

“我们当时在做抗生素耐药性研究，”他回忆说。“诱导抗生素抗性需要连续给药。所以我在想，能不能用脉冲管理操作呢？（如果可以的话）脉冲时间需要多长？如何观测耐药性进化？有没有关于抗生素时间特征管理的系统方法？”

“当我们需要监测每隔15分钟或1小时的抗生素耐药性进化时，我们发现如果不采用自动化手段这几乎是不可能的，更不用说，抗生素抗性经常需要诱导数周。我们需要一些能运行几个星期的自动化设备，它可以单独地控制和监视几十个或几百个样本。”

Bashor是一位训练有素的生化学家和合成生物学家，他很清楚市场上不存在这样的现成设备，如果为一些高通量装置结合标准的生物反应器可能需要一整间实验室和数十万美元。

“我意识到，这事我必须自己动手解决，我不断思考有什么简便方法，而且相对便宜，”他说。“我开始研究微控制器，并在网上查找电子元件目录和材料。我当时想，‘ok，有什么是我能用的材料？’‘怎么做更容易？’”

Ahmad "Mo" Khalil是波士顿大学生物工程助理教授，他和他的研究生Brandon Wong是Bashor最早的合作者。三个人利用业余时间着手进行eVOLVER研发，从电子、射流、培养室到软件设计，全部自己动手。

“对我们来说，软件开发是个不小的挑战，”Bashor说。“我用MatLab写了个小程式迴圈（loop）来控制五六个培养室，然后其他擅长编程的同事以此为基础将其制定得更为详细，最后，实际代码相当庞大。”

为了在所有时间尺度报告、记录和追踪每个培养室，研发人员尝试努力寻找代码，最终，他们在设计用来追踪股票价格的软件中挖到了宝。

“数据是活的，而且随时间变化不断累积，用这些代码我们能在服务器上查看、保存时间轴上任何数据，”他说。

含有16个培养室的eVOLVER原型成本不到2000美元，甚至比单个连续培养生物反应器的费用还低。

eVOLVER包括三个模块：一个可定制的“智能套筒”为每个培养室提供外壳和接口；为每个培养室服务控制液体流入和流出的独立流体模块；以及通过将每个参数解耦成独立微控制器，从而简化高容量双向数据流的模块化硬件。

“组装这些设备非常便宜，借助开放资源，你只需要一台3D打印机、一本McMaster-Carr产品目录和一本RadioShack产品目录，任何人都能做到，”他说。

在验证性实验中，他们在500个小时内，用eVOLVER记录了450多个酵母培养体系随温度、培养基输入和输入和时间等环境特征变化的进化情况，设备随时更新报告酵母菌对特定应激的适应程度。

Bashor计划在他自己实验室再建一个96室的eVOLVER，他已经开始筹划用它进行他早就设想好的合成生物学实验。

“我们可以把合成电路植入细胞，然后观察细胞进化，比如它们如何改变以适应电路，”他说。“压力、热或饥饿等因素会影响细胞进化，引入合成电路也是一个压力来源，因为细胞原本不含这些基因，所以进化机制使它们天生排斥这些电路。”

“一些细胞有可能进化出适应电路的方法，我们想知道这些细胞是如何做到的，这一点对合成生物设计来说非常重要。”

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原文检索：Precise, automated control of conditions for high-throughput growth of yeast and bacteria with eVOLVER

（生物通：伍松）