La nostra tecnologia permette di ottimizzare il rendimento e la riproducibilità per fornire ai ricercatori maggiori risposte e dati più approfonditi in maniera più rapida
Per ogni farmaco che arriva alla meta, ce ne sono nove che non hanno successo. Questo allarmante tasso di insuccesso è riconducibile al ricorso a colture cellulari 2D che non sono in grado di riprodurre fedelmente la complessa biologia umana, determinando spesso previsioni imprecise in merito al potenziale di un farmaco e tempi di sviluppo prolungati.
Lo scenario della scoperta farmacologica sta cambiando e un numero crescente di scienziati incentra lo sviluppo di linee cellulari, i modelli di malattia e i metodi di screening ad alto rendimento su modelli cellulari 3D fisiologicamente rilevanti. Il motivo di questo approccio è chiaro: utilizzando nella ricerca sistemi cellulari modello in grado di riprodurre fedelmente gli stati patologici dei pazienti o gli organi umani, è possibile accelerare l’immissione sul mercato di composti terapeutici salvavita.
Il nostro Centro di innovazione sugli organoidi è stato concepito come un laboratorio del futuro: uno spazio collaborativo in cui lo sviluppo automatizzato di linee cellulari viene combinato con flussi di lavoro di biologia 3D per permettere ai clienti e ai partner industriali di aumentare la scala della ricerca nel campo della scoperta farmacologica con una soluzione di screening ad alto rendimento.

Importanza dello screening ad alto rendimento nelle fasi iniziali del processo di scoperta farmacologica
Lo screening ad alto rendimento (High Throughput Screening, HTS) prevede la sperimentazione di un set di librerie di composti indirizzati contro un target biologico. Lo screening comporta la replicazione di migliaia di reazioni biochimiche per testare in maniera sistematica centinaia di migliaia di target dei composti farmacologici utilizzando un’ampia varietà di concentrazioni. Attraverso l’HTS, gli scienziati determinano l’intervallo di concentrazione in grado di inibire o promuovere un esito desiderato senza causare effetti tossici nel modello animale. Viene eseguita una varietà di saggi biochimici, cellulari e sui canali ionici per stabilire l’efficacia di un particolare composto. Tra le reazioni biochimiche esaminate si annoverano l’attività proteica, l’efficienza di legame, la tossicità cellulare o le variazioni fenotipiche, oltre a letture delle vie di segnalazione cellulare.
L’HTS è un processo che richiede tempo. Comporta la valutazione di numerosi parametri scientifici, che sono tutti fondamentali per assicurare che i farmaci candidati avanzino lungo il processo di sviluppo. Inoltre, è una procedura costosa, per cui qualsiasi possibilità di ottimizzare il rendimento e la scala in termini di volume o numero di test eseguiti al giorno è cruciale per accelerare i tempi necessari per l’immissione sul mercato o la valutazione della fase successiva.
Soluzione completa automatizzata per i flussi di lavoro di biologia 3D
La scoperta farmacologica si basa ampiamente sull’uso di saggi ad alto rendimento con una finestra rilevante per la misurazione degli effetti dei farmaci candidati. Si prevede che i modelli cellulari 3D possano rivoluzionare i risultati ottenuti nelle fasi iniziali della scoperta farmacologica, offrendo la possibilità di procedere a una migliore selezione qualificata precoce dei composti guida candidati e, di conseguenza, di migliorare la produttività nel settore di R&S.
Molecular Devices integra lettori per micropiastre, sistemi di imaging ad alto contenuto, tecnologie di prelievo di cloni e software di analisi avanzati con l’automazione del laboratorio, che include robotica, incubazione e gestione dei liquidi, per consentire esperimenti migliori, permettere ai ricercatori di analizzare facilmente dati complessi per ottenere informazioni approfondite e aiutare a modellare il futuro della scoperta farmacologica.

Aree di ricerca in primo piano per ottimizzare il processo di scoperta e sviluppo di farmaci
Le nostre soluzioni hardware e software integrate permettono l’automazione dei flussi di lavoro dall’inizio alla fine per qualsiasi applicazione di ricerca. Quale che sia il fulcro della vostra attività, dallo sviluppo di linee cellulari alla biologia 3D allo screening farmacologico, la nostra tecnologia permette di ottimizzare il rendimento e la riproducibilità per fornire ai ricercatori maggiori risposte e dati più approfonditi in maniera più rapida.
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Dalle colture cellulari 2D a quelle 3D
Recentemente si è verificata una transizione verso l’uso di modelli cellulari 3D nel campo della scoperta farmacologica e della modellazione delle malattie, poiché numerosi studi hanno evidenziato che questi sistemi riproducono meglio l’ambiente in vivo e forniscono dati con una maggiore rilevanza fisiologica rispetto ai modelli 2D.
- Articolo: Passaggio dalle colture cellulari 2D a quelle 3D: un’intervista con Jayne Hesley e Jeff McMillan di Molecular Devices
- Webinar: Introduzione all’imaging dei modelli cellulari 3D, in collaborazione con Molecular Devices e MIMETAS
- Webinar: Passaggio ai modelli 3D nei saggi ad alto contenuto: Opportunità scientifiche e problematiche di imaging
Imaging e analisi cellulare 3D
I modelli cellulari tridimensionali (3D) sono fisiologicamente rilevanti e rappresentano più fedelmente i microambienti tissutali, le interazioni cellula-cellula e i processi biologici che si verificano in vivo. Adesso è possibile generare dati con un maggior valore predittivo incorporando tecnologie come il sistema ImageXpress con il modulo di analisi 3D integrato nel software MetaXpress®. Questa singola interfaccia vi consentirà di far fronte alle problematiche associate all’acquisizione e analisi 3D senza compromettere il rendimento o la qualità dei dati, permettendovi di avere una maggiore fiducia nelle vostre scoperte.
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Modelli cellulari 3D
Le colture cellulari 3D offrono il vantaggio di ricapitolare fedelmente aspetti dei tessuti umani, come ad esempio architettura, organizzazione cellulare, interazioni cellula-cellula e cellula-matrice e caratteristiche di diffusione che presentano una maggiore rilevanza fisiologica. L’uso di saggi cellulari 3D aggiunge valore agli studi di ricerca e screening, colmando il divario traslazionale esistente tra le colture cellulari 2D e i modelli animali. Permettendo di riprodurre parametri importanti dell’ambiente in vivo, i modelli 3D possono fornire informazioni uniche sul comportamento delle cellule staminali e dei tessuti in fase di sviluppo in vitro.
Salute cellulare
La vitalità cellulare si riferisce al numero di cellule sane in una popolazione e può essere valutata usando saggi che misurano l’attività enzimatica, l’integrità della membrana cellulare, la produzione di ATP e altri indicatori. Queste metodiche possono utilizzare letture in luminescenza, in fluorescenza o colorimetriche come indicatori della vitalità cellulare generale o anche di specifiche vie cellulari. I saggi di citotossicità e vitalità cellulare vengono spesso utilizzati per valutare l’effetto di un farmaco o di un altro trattamento e rappresentano validi strumenti nella ricerca di nuovi composti terapeutici; inoltre, permettono di approfondire la comprensione del funzionamento delle cellule normali.
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Cell Painting
Il Cell Painting è un saggio multiplex ad alto contenuto basato su immagini, utilizzato per la profilazione citologica. In un saggio di Cell Painting vengono utilizzati fino a sei coloranti fluorescenti per marcare diversi componenti della cellula, tra cui il nucleo, il reticolo endoplasmatico, i mitocondri, il citoscheletro, l’apparato di Golgi e l’RNA. L’obiettivo è quello di “colorare” la cellula quanto più possibile per acquisirne un’immagine rappresentativa nella sua interezza.
Segnalazione cellulare
La segnalazione cellulare permette alle cellule di rispondere al proprio ambiente e di comunicare con altre cellule. Le proteine situate sulla superficie cellulare possono ricevere segnali dall’ambiente circostante e trasmettere informazioni all’interno della cellula attraverso una serie di recettori, chinasi, fattori di trascrizione e altre proteine di regolazione che includono le vie di segnalazione. Gli organismi multicellulari si avvalgono di un’ampia gamma di vie di segnalazione per coordinare la corretta crescita, regolazione e funzione di cellule e tessuti. In caso di alterazioni della segnalazione tra le cellule o al loro interno, risposte cellulari inappropriate possono determinare lo sviluppo di tumori e di altre malattie.
Sono stati sviluppati numerosi strumenti per misurate le risposte cellulari che si verificano attraverso un’ampia gamma di vie di segnalazione. Ad esempio, la segnalazione dei recettori accoppiati a proteina G (G-Protein Coupled Receptor, GPCR) può essere studiata mediante svariati saggi, da quelli per il flusso del calcio, che può essere monitorato utilizzando coloranti fluorescenti, a quelli per le alterazioni nelle molecole effettrici a valle, valutate mediante TR-FRET.
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Modellazione delle malattie
La comprensione della biologia delle malattie umane è cruciale per identificare trattamenti efficaci e le linee cellulari derivate da tessuti tumorali aiutano a sviluppare farmaci antitumorali migliori. Tuttavia, attualmente esiste una crescente necessità di aumentare la complessità e la rilevanza dei modelli basati su cellule per prevedere con maggiore accuratezza gli effetti dei nuovi farmaci candidati. Nelle cellule umane o animali ingegnerizzate geneticamente che presentano mutazioni caratteristiche di una malattia si verificano alcuni o tutti i processi patologici osservati nella malattia umana reale. La progettazione di modelli 3D che riproducono le interazioni di cellule e tessuti permettono ai ricercatori di prevedere meglio gli effetti dei farmaci. È possibile generare modelli cellulari 3D, compresi sferoidi, organoidi e sistemi organ-on-a-chip, a partire da linee cellulari stabilizzate derivate da cellule iPSC o cellule ottenute da pazienti. Le cellule possono essere ottenute da tessuti dei pazienti che rappresentano tipi di tumori rari oppure possono essere modificate geneticamente per introdurre o riparare geni correlati a malattie.
- Webinar: Sviluppo e imaging di modelli oncologici 3D
- Webinar: Modellazione delle malattie nel XXI secolo: saggi automatizzati basati su organoidi con imaging 3D
- Pubblicazione: Modellazione delle malattie con saggi cellulari 3D mediante l’uso di un nuovo sistema basato su flowchip e imaging ad alto contenuto
- Webinar: Comprensione della complessità dei sistemi biologici 3D: uso di organoidi per la modellazione delle malattie e la ricerca tossicologica
- Poster: Nuove metodiche per i saggi sugli organoidi derivati da pazienti oncologici
- Progressi del cliente: Bioneer utilizza il sistema ImageXpress Micro Confocal per l’imaging ad alto rendimento di modelli di malattia 3D
- Webinar: Sistemi organ-on-a-chip ad alto rendimento basati su organoidi per la scoperta farmacologica e la modellazione delle malattie
Saggi senza marcatura
I saggi di screening tradizionali utilizzati nella scoperta farmacologica possono essere dannosi per la salute delle cellule e determinare interazioni in grado di compromettere l’integrità dei dati. Benché i saggi radioattivi, in fluorescenza e in luminescenza permettano di ottenere dati molto utili, presentano anche notevoli inconvenienti. Con i progressi compiuti nello screening, sono stati sviluppati saggi senza marcatura che non richiedono l’uso di coloranti o reagenti appositi e permettono invece di eseguire misurazioni relative ai target di interesse nelle cellule vive in modo più efficiente e meno distruttivo.
- Screening diretto dell’attività citotossica e antiproliferativa di composti farmacologici su cellule leucemiche umane U937
- Segmentazione cellulare senza marcatura con il modulo applicativo IN Carta SINAP
- La variegata utilità dell’imager CloneSelect nelle applicazioni di imaging senza marcatura
- Analisi delle immagini basata sul deep learning per il monitoraggio in tempo reale senza marcatura di colture di organoidi 3D e iPSC
- Nuove metodiche per i saggi sugli organoidi derivati da pazienti oncologici
- Quantificazione della crescita e della morfologia degli sferoidi
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Ricerca sulle cellule staminali
Le cellule staminali offrono ai ricercatori nuove opportunità per studiare i target e le vie di segnalazione più importanti nei processi di malattia. Queste cellule rappresentano un modello più realistico per l’identificazione e la conferma di nuovi bersagli farmacologici e per la rapida produzione di dati di farmacologia e tossicologia con un più alto valore traslazionale per la pratica clinica. Inoltre, l’uso di cellule staminali nello sviluppo dei farmaci apre nuove strade per la medicina personalizzata, riducendo, o potenzialmente anche sostituendo, i test sugli animali.
Tossicità
La tossicità è la misurazione del dosaggio al quale una sostanza chimica è in grado di danneggiare un organismo. La tossicità d’organo indotta da farmaci è un fattore chiave nell’insuccesso dei prodotti farmaceutici candidati che non arrivano a essere immessi sul mercato. Di conseguenza, la disponibilità di saggi con elevato valore predittivo per i test di sicurezza ed efficacia è fondamentale per migliorare lo sviluppo farmacologico e ridurre il tasso di insuccesso dei farmaci candidati.
- Organoidi polmonari per la modellazione delle malattie e la valutazione della tossicità mediante imaging e analisi ad alto contenuto 3D
- Saggi di tossicità mediante l’uso di cellule derivate da cellule staminali pluripotenti indotte
- Saggio di imaging multiparametrico per la misurazione della tossicità in un modello tumorale
- Caratterizzazione fenotipica degli effetti di composti tossici su cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte
Ultime risorse
Risorse per la scoperta e lo sviluppo di farmaci
Nota applicativa
Misurazione dell’attività di geni reporter a doppia luciferasi con il lettore per micropiastre multimodale SpectraMax Mini
Measure dual-luciferase reporter gene activity with the SpectraMax Mini Multi-Mode Microplate Reader
La luciferasi di lucciola è un reporter ampiamente utilizzato per studiare la funzione e la regolazione genica. Si tratta di un reporter molto sensibile a causa della mancanza di qualsiasi attività luciferasica endogena nelle cellule o nei tessuti di mammifero…
Nota applicativa
Analisi delle immagini basata sul deep learning per il monitoraggio in tempo reale senza marcatura di colture di organoidi 3D e iPSC
Deep Learning-based Image Analysis for Label-free Live Monitoring of iPSC and 3D Organoid Cultures
L’uso di modelli biologici 3D complessi come gli organoidi e gli sferoidi derivati da pazienti si sta diffondendo in numerose aree di ricerca biomedica perché questi modelli simulano più fedelmente i tessuti in vivo…
Nota applicativa
Screening diretto dell’attività citotossica e antiproliferativa di composti farmacologici su cellule leucemiche umane U937
Direct screening cytotoxic and antiproliferative activities of drug compounds on human leukemia U937 cell
La disponibilità di un metodo rapido, affidabile e conveniente di screening ad alto rendimento per la valutazione della tossicologia e degli effetti antiproliferativi nella fase iniziale della scoperta farmacologica offre notevoli vantaggi. I…
Pubblicazioni
Modellazione delle malattie con saggi cellulari 3D mediante l’uso di un nuovo sistema basato su flowchip e imaging ad alto contenuto
Disease Modeling with 3D Cell-Based Assays Using a Novel Flowchip System and High-Content Imaging
Vi è un crescente interesse nell’uso di strutture cellulari tridimensionali (3D) per la modellazione di tumori, organi e tessuti allo scopo di accelerare la ricerca traslazionale. Qui viene descritto un nuovo sistema…
Poster scientifico
Nuove metodiche per i saggi sugli organoidi derivati da pazienti oncologici
Novel assay methods for cancer patient derived organoids
Negli ultimi anni, i ricercatori sono passati dai saggi 2D tradizionali a modelli cellulari 3D più complessi, poiché questi si sono dimostrati in grado di ricapitolare l’ambiente in vivo e rappresentano uno strumento maggiormente predittivo…
Nota applicativa
Quantificazione della crescita e della morfologia degli sferoidi
Quantification of spheroid growth and morphology
Esiste una tendenza crescente verso lo sviluppo di saggi di screening che utilizzano colture cellulari tridimensionali (3D).
Nota applicativa
Saggio HTRF IP-One Gq sui lettori SpectraMax
HTRF IP-One Gq assay on SpectraMax Readers
L’HTRF® è una tecnologia versatile sviluppata da Cisbio Bioassays per la rilevazione delle interazioni biomolecolari.
Pubblicazioni
Passaggio dai sistemi 2D a quelli 3D
Making the move from 2D to 3D
Jayne Hesley lavora come Senior Applications Scientist per l’imaging cellulare presso Molecular Devices, LLC. Ha oltre 10 anni di esperienza nello sviluppo di applicazioni basate su cellule utilizzando i sistemi di imaging ad alto contenuto ImageXpress Micro…
Nota applicativa
Caratterizzazione di bloccanti il canale hERG usando il kit di saggio del potassio FLIPR sul sistema FLIPR Tetra
Characterization of hERG channel blockers using the FLIPR Potassium Assay Kit on the FLIPR Tetra System
L'inibizione indotta da farmaci del canale ionico hERG (gene correlato con etere-à-go-go umano) è stata posta in relazione alla suscettibilità dei pazienti a tachiaritmia ventricolare potenzialmente fatale…
Video e webinar

Una MEC 3D fisiologicamente rilevante per la ricerca oncologica 𝘪𝘯 𝘷𝘪𝘵𝘳𝘰 e l’imaging intelligente ad alto contenuto di modelli 3D

Sistemi organ-on-a-chip ad alto rendimento basati su organoidi per la scoperta farmacologica e la modellazione delle malattie

Introduzione all’imaging di modelli cellulari 3D: tutto ciò che c’è da sapere