Organoidi

Cosa sono gli organoidi?

Gli organoidi stanno diventando sempre più importanti nel campo della ricerca oncologica, della neurobiologia, della ricerca sulle cellule staminali e della scoperta farmacologica poiché consentono una migliore modellazione dei tessuti umani. Derivati da cellule staminali, gli organoidi possono essere differenziati in un’ampia varietà di tipi di tessuti, tra cui fegato, polmone, cervello, rene, stomaco e intestino. Poiché questi microtessuti 3D riproducono le caratteristiche degli organi in vivo, possono fornire ai ricercatori informazioni più approfondite sui meccanismi di sviluppo e di malattia nell’uomo. Ad esempio, i ricercatori possono coltivare organoidi derivati da cellule geneticamente modificate per capire in che modo specifiche mutazioni geniche sono collegate a determinati disturbi genetici. Gli organoidi possono anche facilitare lo studio delle malattie infettive e delle interazioni ospite-patogeno. Infine, la possibilità di utilizzare organoidi derivati da pazienti per gli screening farmacologici e le valutazioni della tossicità sta consentendo ai ricercatori di compiere ulteriori progressi nel campo della medicina personalizzata.

Flusso di lavoro generale per la coltura e lo screening di organoidi

Considerata la crescente complessità degli organoidi e di altri sistemi cellulari 3D, sono necessarie tecniche di imaging e analisi 3D più sofisticate per caratterizzare in maniera accurata ed efficiente questi saggi biologici. Al giorno d’oggi, vengono comunemente utilizzati sistemi automatizzati di imaging confocale e software di analisi delle immagini 3D per aiutare i ricercatori a semplificare il loro flusso di lavoro e ottenere risultati ottimali.

Passaggio 1) Precoltura 2D

Gli organoidi derivano da cellule primarie (ad es. intestinali, polmonari o renali) o cellule staminali pluripotenti indotte. Le cellule staminali sono in grado di differenziarsi e autoassemblarsi in una varietà di organoidi tessuto-specifici.

Passaggio 2) Sviluppo di organoidi 3D

Solitamente le cellule vengono premescolate con Matrigel, di cui vengono collocate goccioline in una piastra a 24 pozzetti a temperatura ambiente. Le piastre vengono quindi messe in un incubatore in modo che si formi una cupola solida a partire dalle goccioline. Successivamente viene aggiunto terreno di coltura per sette o più giorni per promuovere la crescita delle cellule e il loro differenziamento in un tessuto specifico (cervello, intestino, polmoni, ecc.). Il terreno contiene proteine della MEC e diversi fattori di crescita che varieranno in base al tipo di tessuto che si sta sviluppando.

Passaggio 3) Coltura degli organoidi

La coltura degli organoidi è un processo lungo che può includere varie fasi con terreni di coltura diversi. Durante questo processo è necessario monitorare la salute delle cellule (imaging); questo approccio viene solitamente utilizzato per comprendere la biologia dello sviluppo e i tessuti.

Passaggio 4) Monitoraggio e letture

Prima di eseguire gli esperimenti, gli organoidi devono essere monitorati e caratterizzati per assicurarsi che presentino la struttura tissutale e il differenziamento appropriati. Le tecniche di imaging ad alto contenuto permettono di monitorare e visualizzare la crescita e il differenziamento degli organoidi, di eseguire la ricostruzione 3D e l’analisi complessa della loro struttura, di studiare la morfologia e la vitalità delle cellule e di determinare l’espressione di diversi marcatori cellulari.

Passaggio 5) Imaging confocale e analisi 3D

I sistemi di imaging confocale e analisi 3D consentono la visualizzazione e la quantificazione degli organoidi e delle cellule che li compongono. La caratterizzazione di vari descrittori quantitativi degli organoidi potrebbe essere utilizzata per studiare i fenotipi di malattia e l’effetto dei composti.

Imaging confocale e analisi delle immagini 3D di organoidi

Gli organoidi sono molto utili per la modellazione delle malattie e la valutazione degli effetti dei composti. Le tecniche automatizzate di imaging e analisi degli organoidi sono importanti per la valutazione quantitativa delle alterazioni fenotipiche che si verificano in queste cellule e per aumentare il rendimento di esperimenti e screening.

Le piattaforme di imaging confocale come il sistema ImageXpress® Confocal HT.ai, che è dotato di laser ad alte prestazioni e obiettivi a immersione in acqua, sono particolarmente utili per cogliere la complessità dei saggi biologici 3D. A differenza degli sferoidi tipici, che hanno l’aspetto di oggetti solidi e in cui la penetrazione della luce è limitata, alcuni organoidi 3D come quelli polmonari hanno un aspetto cavo, con un lume o delle cavità al loro interno, e vengono penetrati più facilmente dalla luce, permettendo “l’imaging attraverso” i microtessuti immersi in Matrigel.

Galleria di immagini di cellule di organoidi polmonari

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