通过拉曼光谱法对细胞进行无标记鉴定，以自动选择高生产者细胞

为了开发生物制剂，转基因细胞系通常用于有效产生治疗蛋白。确定高生产物细胞克隆和这种细胞系的缩放是一个非常耗时且昂贵的过程。自动鉴定和有效产生单细胞的选择可以显着加速此过程。

Optiscell过程旨在减少识别细胞系的时间从十二到三个月所需的时间。这里使用拉曼光谱法作为蛋白质产生细胞的无标记功能鉴定。之后，这些细胞用基于激光的单细胞转移过程分离。这减少了生产率不足的细胞克隆的扩展和培养步骤的数量。因此，可以比常规过程更早地选择用于生物技术生产的合适细胞候选物。Optiscell的自动化过程链也可以筛选大量候选人，并准确跟踪以后质量控制的过程。

在OPTISCELL工艺的第一步中，分析了细胞库中的单个细胞，用于使用Folspec拉曼光谱仪的特定蛋白质生产。该系统使用机器学习算法来区分产生和非生产细胞的拉曼光谱。在第二步中，使用激光脉冲将高产物细胞转移到微量滴定板上。

该过程称为激光诱导的正向转移（LIFT），其中载体上的吸收层用激光脉冲蒸发。小型蒸气气泡在介质（例如水凝胶）中产生射流，从而将所选细胞转移到微量滴定板板上。该过程链可快速自动鉴定高生产物细胞，并从细胞库中选择它们以进一步培养。Optiscell工艺室的图片如图1所示。

图1：拉曼光谱和提升过程的过程室。用微量滴定板作为接收器和玻璃盖板作为传输载体。

方法

作为对干扰素β细胞（中国仓鼠卵巢细胞CHO DHLR -INFβ）的自动化高生产者细胞鉴定的初步测试，其中Fraunhofer IGB提供，并通过Fraunhofer Fit的机器学习软件进行了分析。潜在的高生产者细胞的拉曼光谱首先受到预处理的影响，从而释放了干扰信号的光谱，例如宇宙尖峰，白噪声和进一步的背景信号。

此后，通过PCA（原理分析）降低了特征尺寸，并使用四个具有加权方法的独立模型来确定哪种光谱包含高生产者细胞。

为了验证直径为8μm的Optiscell Machine荧光微球的Build -In -In -In -In -In -In -In -In -Raman光谱仪（龙绿色荧光聚合物微球FSDG007，Bangs Laboratories，Inc。）。

首先，通过将玻璃盖的玻璃盖载玻片覆盖在50μm厚的明胶层（来自牛皮肤的5％明胶，G9391，Sigma Aldrich）和荧光微球涂在水凝胶层的顶部。为了使微球沉降，将悬浮液放在转移载体上四分钟。然后卸下多余的悬架，并将转移载玻片放置在Optiscell机器中。10倍物镜（MSPLAN 10，NA 0.3，Olympus）用于扫描转移载玻片并定位分离的荧光微球进行拉曼分析。使用785 nm激光源（Ibeam Smart 785 -S -WS，Toptica），50倍目标（50倍Mplanfl N，NA 0.8，Olympus）和Folospec光谱仪（folospec f/1.8i - Nir ​​ - Nir，Nir，，Nir，，NIR，NIR，NIR，NIR，很多IDUS 416CCD，Andor）在共焦拉曼设置中。记录后，拉曼光谱进行了预处理步骤，该步骤使光谱归一化并减去背景信号。

图2：通过Optiscell系统的拉曼视线拍摄的荧光微球的图片。

结果

我们能够用Optiscel系统准确地靶向单个微球，并使用Holospec拉曼光谱仪对其进行测量。图3中显示了示例光谱。在没有高水平的信号处理的情况下，可以清楚地鉴定出荧光微球的聚苯乙烯的特征峰。使用潜在的高生产剂的预录的拉曼光谱对蛋白质产生细胞的自动检测达到准确性，其细胞被认为是真正的高生产剂，最高可达92％。图4中显示了一个示例性结果。在那里，机器学习软件正确地识别了26个细胞光谱池中单个蛋白质产生细胞的光谱。

图3：单个荧光微球的拉曼光谱显示了微球中聚苯乙烯的特征峰

结论

Optiscell系统是用于产生蛋白质细胞系的时间和成本效益开发的机器。我们已经表明，Optiscel -System的构建拉曼光谱仪能够分析具有足够的拉曼强度的小物体。此外，通过拉曼光谱法对产生蛋白质产生细胞的自动检测达到了准确性，该准确性将细胞识别为最高92％的真正高生产剂。

在进一步的研究中，将在Optiscel -System中实施对蛋白质产生细胞的自动检测，以实现一台机器中的整个过程。

图4：25个低生产剂或无生产物细胞（蓝色）和一个高生产者细胞（红色）的拉曼光谱。在右上角描绘了PCA的尺寸减少功能空间。