DIY为连续细胞培养带来高通量

莱斯大学的Caleb Bashor从未计划成为发明家或自己动手，但没有其他方法可以进行他所设想的微生物学实验。

本周在线发表的一篇论文和7月份的自然生物技术杂志封面上，来自波士顿大学(BU)和麻省理工学院的Bashor及其同事推出了eVOLVER系统，该系统结合了自动化细胞培养系统的控制能力。随着高吞吐量系统的规模连续运行数月，同时增加了数十种文化。

Rice的生物工程助理教授Bashor三年前在BU担任博士后研究员时首次想到了eVOLVER的想法。

“我们正在研究的一件事是抗生素耐药性，”他回忆说。“很多时候，当你持续服用这种药物时，抗生素耐药性出现了。所以我在想，如果你用脉冲给药它会怎么样?脉冲有多长?你在哪里看到抗生素耐药性进化?你在哪里看到的不是进化?有没有办法系统地看到抗生素管理的时间特征给你什么?

“如果你计划一个时间课程说'我想每15分钟做一次，我想每小时做一次'，等等，你很快意识到没有自动化是不可能的，”他说。“更不用说抗生素耐药性经常出现在几周而不是几天的时间范围内。你需要能够运行几周的自动化程序，有数十或数百个单独控制和监测的样品。”

Bashor是一位训练有素的生物化学家和合成生物学家，他知道这种实验不存在现成的设备，并且在高通量设置中组合标准生物反应器将需要整个房间的空间并且花费数十万美元。

“我知道自己动手做的电子文化，我一直在想，'必须有办法让这个变得非常困难并且相对便宜'，”他说。“我开始关注微控制器。我开始在网上查看电子产品目录和材料，我想，'好吧，我们可以使用哪些材料?'“我们怎么保持这么简单?”

该项目最早的合作者是研究共同作者，BU的生物工程助理教授Ahmad“Mo”Khalil和Khalil集团的研究生Brandon Wong。三位和其他合作者一起在业余时间为eVOLVER工作，设计电子，流体，培养室和软件，既控制每个室又报告结果。

“这个软件是一个挑战，”Bashor说。“我在MatLab中编写了一个小循环来控制六种文化，更好的编码员从那里开始对其进行详细阐述。实际上代码变得非常庞大。”

该小组努力寻找可以报告，记录和跟踪每个培养室中所有时间尺度的所有变量的代码，但最终用最初设计用于跟踪股票价格的软件打造黄金。

“它允许我们跟踪数据，因为它累积，生存，我们可以查看任何分辨率的数据时间线。它还将所有数据存储在服务器上，”他说。

Bashor表示，新报纸中描述的eVOLVER原型16腔版本价格不到2000美元，比实验室可能为单个连续培养生物反应器支付的价格便宜。eVOLVER包括三个模块：可定制的“智能套管”外壳和每个培养皿的接口，一个控制液体进出每个培养皿的流体模块，以及模块化硬件基础设施，简化了大批量的双向数据流通过将每个参数分离到各个微控制器中。

他说：“我们的想法是让它变得便宜，开源，完全可定制，这样任何人只要能够访问机械车间，3D打印机和McMaster-Carr目录或RadioShack目录就可以制造它。”

在该研究中描述的原理验证实验中，研究人员使用eVOLVER在500小时内分别改变450多种酵母培养物中温度，培养基输入和输出以及环境的其他特征的水平和时间。传感器不断报告每种培养物的表现，使研究人员能够评估特定酵母菌株对特定应激水平的适应程度。

Bashor表示，他计划在今年秋天在访问合作者的帮助下，在他自己的实验室里在Rice的生物科学研究合作中建造一个更大的96腔eVOLVER版本。虽然该设备不会用于他计划进行实验的每个实验中，但他正计划进行一些他最初为eVOLVER设想的合成生物学实验。

“我们可以将合成电路放入电池中，然后我们可以进化电池，看看它们如何改变以适应电路，”他说。“来自热或饥饿等因素的压力可以对细胞产生压力进化，将合成电路放入细胞也可以起到压力作用。细胞通常不具备来自这些电路的基因，因此存在自然压力进化以摆脱它们。

“但是有些电池可能会发展出一种保持电路的方式，我们想知道他们是如何做到这一点的。这将是我们希望能够设计的。”

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