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Sferoidi

Applicazioni degli sferoidi per la ricerca oncologica e lo screening di farmaci

Cosa sono gli sferoidi?

Gli sferoidi sono aggregati cellulari tridimensionali (3D) che riproducono le caratteristiche di tessuti e microtumori. Negli ultimi anni, sono stati compiuti progressi significativi nello sviluppo di aggregati di cellule tumorali in vitro da utilizzare come modelli di ambienti tissutali in vivo. Quando seminati in un pozzetto di una micropiastra a fondo tondo ad attacco basso, questi aggregati formeranno uno sferoide individuale.

Si ritiene che gli sferoidi riproducano il comportamento dei tumori in maniera più efficace rispetto alle normali colture cellulari bidimensionali (2D) perché, proprio come i tumori, contengono sia cellule esposte in superficie che cellule relegate in profondità, cellule proliferanti e non proliferanti, un centro ipossico e uno strato esterno di cellule ben ossigenate. Questi modelli 3D basati su sferoidi vengono utilizzati con successo negli ambienti di screening per una migliore valutazione della sicurezza dei farmaci e per l’identificazione di potenziali composti terapeutici antitumorali.

Acquisizione su piani multipli (z-stack) di uno sferoide lungo una profondità di 250 µm. Siamo in grado di visualizzare le cellule al centro dello sferoide a questa profondità grazie al nostro modulo specializzato a disco confocale con penetrazione tissutale profonda.

Applicazioni degli sferoidi per la ricerca oncologica e lo screening di farmaci

Uno dei principali obiettivi nella ricerca oncologica è la comprensione della formazione delle cellule tumorali. Rispetto alle colture cellulari 2D, gli sferoidi riproducono i tumori solidi molto più accuratamente. Questi modelli aiutano a identificare le alterazioni fisiologiche che differenziano le cellule tumorali da quelle sane. I modelli basati su sferoidi tumorali multicellulari forniscono informazioni più approfondite sul microambiente del tumore, permettendo ai ricercatori di visualizzare le interazioni cellula-cellula, il modo in cui le cellule tumorali assorbono i nutrienti e le loro modalità di proliferazione.

Gli sferoidi rappresentano anche un sistema ideale per le procedure precliniche di screening e validazione dei farmaci durante il monitoraggio delle risposte cellulari agli interventi terapeutici. In particolare, permettono di rivelare la capacità (o incapacità) dei farmaci di infiltrarsi nei tumori, nonché i loro effetti inibitori sulle metastasi.

Un’altra applicazione significativa degli sferoidi è costituita dalla ricerca sulle cellule staminali, in particolare durante la coltivazione di cellule staminali embrionali (Embryonic Stem Cells, ESC) e neurali (Neural Stem Cells, NSC). Recentemente, alcuni ricercatori hanno coltivato cellule staminali mesenchimali (Mesenchymal Stem Cells, MSC) sotto forma di sferoidi e hanno dimostrato i loro effetti rigenerativi e antinfiammatori, evidenziando le loro potenzialità per la medicina rigenerativa e le terapie basate su cellule.

Rispetto ad altre metodiche di coltura cellulare 3D, gli sferoidi offrono vari vantaggi, tra cui rilevanza per la biologia dei tumori, costo inferiore, minore laboriosità rispetto ai modelli animali, riproducibilità, facilità di integrazione in screening ad alto rendimento e tecniche di imaging avanzate.

Flusso di lavoro per l’analisi di sferoidi 3D per screening ad alto rendimento

Le procedure di imaging e analisi degli sferoidi sono cruciali per comprendere la formazione e il comportamento dei microambienti tumorali. Inoltre, possono essere utili per ottenere dati più realistici e approfonditi dallo screening di farmaci antitumorali. Qui abbiamo sviluppato e ottimizzato tecniche per la formazione di sferoidi 3D, nonché metodiche di imaging confocale e analisi per lo screening ad alto rendimento.

 

 

Gli sferoidi possono essere coltivati in piastre a 96 o 384 pozzetti, trattati con composti e colorati con coloranti che permettono di identificare i processi cellulari in atto e le vie di segnalazione coinvolte. In alcuni casi, gli sferoidi possono essere sottoposti a imaging senza necessità di lavaggi. Inoltre, possono essere fissati, se desiderato.
 

  1. Coltivazione degli sferoidi – Le cellule tumorali possono essere coltivate direttamente in piastre a fondo tondo ad attacco ultra basso (Ultra-Low Attachment, ULA) o in un altro contenitore in modo che sviluppino la tipica morfologia di uno sferoide. Altri tipi di contenitori permettono la crescita di vari sferoidi in un singolo pozzetto.
     

  2. Trattamento con composti – Dopo la formazione degli sferoidi, i composti vengono aggiunti nei pozzetti alle concentrazioni desiderate e poi incubati per uno o più giorni, a seconda del meccanismo in studio.
     

  3. Colorazione per marcatori – Dopo il completamento del trattamento con i composti, vengono aggiunti coloranti direttamente nel terreno di coltura. È possibile utilizzare coloranti che non richiedono lavaggi per evitare di disturbare gli sferoidi, ma questi possono essere lavati con attenzione, anche con l’uso di sistemi automatizzati, se necessario.
     

  4. Acquisizione di immagini degli sferoidi – È possibile acquisire singole immagini o una serie di immagini a profondità diverse (z-stack) all’interno del corpo degli sferoidi utilizzando apparecchiature di imaging specializzate.
     

  5. Analisi delle cellule tumorali – Utilizzare un software di analisi per imaging cellulare per eseguire un’analisi quantitativa delle immagini delle cellule allo scopo di monitorare l’espressione di marcatori diversi e quantificare le letture biologiche.

Applicazioni e saggi

La disponibilità di metodiche di imaging e analisi 3D all’avanguardia è fondamentale per caratterizzare, riprodurre e monitorare gli sferoidi. L’uso di un software di imaging ad alto contenuto e analisi delle immagini può offrire notevoli benefici in un intricato flusso di lavoro di questo tipo. Scoprite di più sulle nostre metodiche per la ricerca sugli sferoidi esaminando le risorse qui di seguito.

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