StemoniX utilizza tre delle nostre soluzioni per la validazione delle sue piastre microBrain 3D Assay Ready

La sfida

Gli attuali modelli disponibili per i ricercatori nel campo delle neuroscienze presentano limitazioni che ostacolano lo sviluppo di nuovi medicinali. I modelli complessi, come i modelli animali e i cervelli autoptici, permettono di cogliere più accuratamente la complessità del cervello umano; tuttavia, i cervelli umani autoptici sono difficili da ottenere e rappresentano soltanto la fase finale delle malattie. Inoltre, i modelli animali potrebbero non riprodurre interamente le caratteristiche e le funzionalità del cervello umano, rendendo difficile trasporre i risultati di questi saggi in applicazioni cliniche. Anche se la scala dei modelli in vitro basati su sistemi semplici di coltura cellulare può essere facilmente ampliata, questi non presentano la complessa organizzazione e struttura del cervello umano. Gli organoidi cerebrali derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane (human induced Pluripotent Stem Cells, hiPSC) sono uno strumento molto promettente, ma sono comunque caratterizzati da un’elevata variabilità; un ulteriore problema è la mancanza di saggi funzionali per valutare i fenotipi. Il campo delle neuroscienze non dispone di un modello in vitro in grado di cogliere l’unicità dello sviluppo e delle funzioni del cervello umano in modo altamente omogeneo per lo sviluppo di nuovi farmaci per il trattamento dei disturbi del sistema nervoso.

La soluzione

Gli scienziati di StemoniX® hanno colmato questa lacuna sviluppando la piattaforma microBrain® 3D. Utilizzando cellule progenitrici neurali derivate da hiPSC, hanno creato sferoidi corticali neurali 3D altamente omogenei che riproducono più fedelmente il tessuto cerebrale corticale umano. La loro piattaforma comprende astrociti e neuroni maturi che sono attivi e rispondono ai neuromodulatori in maniera simile alle colture neurali primarie. Inoltre, hanno progettato la loro piattaforma in formati a 96 e 384 pozzetti, da utilizzare in combinazione con strumenti di screening ad alto contenuto, come il sistema di screening cellulare ad alto rendimento FLIPR Tetra® e il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress® Micro Confocal (entrambi di Molecular Devices), che permettono una valutazione omogenea della fisiologia del cervello umano funzionale in vitro.

Sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress Micro Confocal

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Lettore per micropiastre multimodale SpectraMax i3x

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Sistema di screening cellulare ad alto rendimento FLIPR penta

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Prodotti utilizzati

Il sistema di screening cellulare ad alto rendimento FLIPR^® Tetra^® offre una soluzione automatizzata per identificare precocemente i composti guida nel processo di scoperta farmacologica e per valutare l’efficacia e la tossicità dei farmaci. Con funzioni simultanee di pipettamento e lettura, il sistema supporta i saggi cellulari a cinetica rapida. Può essere configurato velocemente in base alle dimensioni della libreria, alla modalità di rilevazione, al formato di screening, al saggio e al target. Questa soluzione totalmente integrata permette di passare rapidamente dallo sviluppo dei saggi all’ottimizzazione dei composti guida.

Il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress^® Micro Confocal vi aiuta ad ampliare i confini delle vostre ricerche con una combinazione ottimale di velocità, sensibilità e flessibilità. Offre la possibilità di acquisire immagini di alta qualità di interi organismi, tessuti spessi, saggi basati su sferoidi 3D ed eventi cellulari o intracellulari. Combinato con il software di acquisizione e analisi delle immagini ad alto contenuto MetaXpress^®, il sistema ImageXpress Micro Confocal offre una soluzione completa multidimensionale di screening ad alto rendimento per aiutarvi a compiere la vostra prossima scoperta scientifica decisiva.

Il lettore per micropiastre multimodale SpectraMax i3x esegue misurazioni di assorbanza su base spettrale, fluorescenza e luminescenza con la funzionalità aggiuntiva degli aggiornamenti modulari per western blot, imaging e cinetica rapida con iniettori. Il lettore SpectraMax i3x permette di svelare i misteri della scienza attraverso lo studio delle vie cellulari e dell’attivazione ed espressione delle proteine in un unico sistema.

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I risultati

La piattaforma microBrain 3D di StemoniX è un sistema omogeneo di sferoidi neurali 3D in formato a 96 e 384 pozzetti. Utilizzando il sistema ImageXpress Micro Confocal per l’acquisizione di immagini in campo chiaro e la misurazione automatica delle dimensioni, sono state osservate distribuzioni delle dimensioni altamente omogenee, con coefficienti di variazione tipici inferiori al 4% in una singola piastra. L’analisi di immunofluorescenza utilizzando il microscopio ImageXpress ha rivelato che questi sferoidi 3D sono composti da astrociti e neuroni corticali che presentano marcatori chiave di maturità cellulare, come le proteine sinaptiche. Inoltre, questi sferoidi sono caratterizzati da oscillazioni del calcio spontanee e sincronizzate facilmente rilevabili sia con il sistema FLIPR che con il sistema ImageXpress. La maturità funzionale della piattaforma microBrain 3D è stata confermata dall’esame di un pannello di neuromodulatori con meccanismi di azione noti. Utilizzando il sistema FLIPR, è stata rilevata una correlazione tra la modulazione dell’attività neurale e l’azione prevista di questi composti, a conferma del fatto che gli sferoidi possiedono circuiti glutammatergici e GABAergici funzionali.

Infine, è stata testata una libreria mirata di composti con diversa potenza contro l’infezione del virus Zika in un caso di studio di tossicologia. Innanzitutto, il lettore per micropiastre multimodale SpectraMax® i3x (Molecular Devices) è stato utilizzato per studiare la tossicità cellulare di questa libreria di composti sulla piattaforma microBrain 3D. L’analisi di tossicità cellulare è stata poi completata con una valutazione della tossicità funzionale, studiata in un formato ad alto rendimento con il sistema FLIPR. Infine, sono stati generati video ad alta risoluzione delle oscillazioni del calcio in seguito a ciascun trattamento utilizzando il microscopio confocale ImageXpress. Nel complesso, l’integrazione del sistema microBrain 3D in molteplici piattaforme ha permesso un’approfondita caratterizzazione del profilo tossicologico di una libreria mirata e ha dimostrato la fattibilità dell’integrazione di questa piattaforma per lo studio in vitro di complessi fenotipi neurali, profili tossicologici e screening farmacologici.

Riferimenti bibliografici

Piastre microBrain 3D Assay Ready di StemoniX come piattaforma di sferoidi neurali basati su iPSC umane per lo screening farmacologico ad alto rendimento