Automatizzare il processo di coltura degli organoidi cerebrali
Perché automatizzare la cultura degli organoidi cerebrali è un punto di svolta per la ricerca neuroscientifica
“Salve, sono Sandra Grund-Gröschke, una scienziata dell’applicazione 3D qui a Molecular Devices. Oggi, sono entusiasta di mostrarvi come l'automazione sta trasformando il modo in cui gli scienziati crescono e studiano gli organoidi cerebrali.
https://vids.moleculardevices.com/watch/4oMgWVWge9oEPG9zP13BUn
Con il sistema automatizzato di coltura cellulare CellXpress.ai, stiamo combinando automazione intelligente, monitoraggio guidato dall’intelligenza artificiale e il nostro innovativo incubatore a dondolo per aiutare i ricercatori a scalare la complessa biologia 3D, più velocemente, più riproducibilmente e con una visione più approfondita che mai.
Dalla coltivazione delle cellule staminali alla differenziazione degli organoidi cerebrali, questo sistema funge da vero partner di laboratorio, consentendo agli scienziati di concentrarsi sulla scoperta mentre l'automazione gestisce la routine.
Diamo un’occhiata più da vicino a come CellXpress.ai sta ridefinendo ciò che è possibile nella ricerca sugli organoidi cerebrali”.
Perché gli scienziati usano gli organoidi cerebrali per la loro ricerca neuroscientifica?
Gli scienziati stanno sempre più utilizzando gli organoidi cerebrali nella ricerca neuroscientifica perché forniscono un modello più accurato del cervello umano rispetto alle tradizionali colture cellulari bidimensionali. Derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), gli organoidi cerebrali sono modelli tridimensionali e miniaturizzati che imitano sia l’architettura che la funzionalità del tessuto cerebrale umano.
A differenza delle colture 2D piatte che in genere contengono un singolo tipo di cellula, i modelli di organoidi cerebrali includono più tipi di cellule interagenti, come neuroni, astrociti e altre cellule di supporto, che si auto-organizzano in strutture che assomigliano a regioni cerebrali reali. Questa complessità consente ai ricercatori di studiare la stratificazione corticale, le specifiche regionali e l'attività neurale in un modo che rispecchia da vicino l'effettivo sviluppo del cervello umano.
Gli organoidi cerebrali replicano la complessità strutturale e funzionale del tessuto cerebrale umano, rendendoli superiori alle tradizionali culture 2D.
Gli organoidi cerebrali stanno anche aprendo le porte alla medicina personalizzata e una comprensione più profonda del ruolo che il genoma può svolgere in disturbi come l’epilessia. Generando organoidi dalle cellule staminali di pazienti con tali disturbi, ora c'è il potenziale per capire in modo molto più dettagliato quali sono le cause di queste condizioni e come potrebbero essere trattate.
A causa di questi vantaggi, gli organoidi cerebrali vengono ora utilizzati per:
- Modello di malattie neurologiche come l’Alzheimer, il Parkinson e l’epilessia
- Studiare lo sviluppo del cervello umano nelle fasi iniziali
- Testare le potenziali strategie terapeutiche in un ambiente di laboratorio controllato
Combinando diversità cellulare, organizzazione strutturale e attività funzionale, gli organoidi cerebrali stanno rivoluzionando la ricerca neuroscientifica e offrendo intuizioni che non erano possibili con modelli più semplici.
La cultura degli organoidi cerebrali può essere automatizzata?
Automatizzare la cultura degli organoidi cerebrali affronta una delle più grandi sfide della ricerca neuroscientifica: complessità. A differenza dei metodi manuali che richiedono molto tempo, variabili e soggetti a contaminazione, l'automazione garantisce un'alimentazione, un monitoraggio e una manipolazione coerenti. Ciò migliora la riproducibilità, riduce gli errori e consente ai ricercatori di concentrarsi sulla scoperta anziché sulla manutenzione di routine.
Sfide della cultura degli organoidi cerebrali: Perché i metodi manuali sono insufficienti
Nonostante la loro promessa, gli organoidi cerebrali sono notoriamente difficili da coltivare manualmente, anche rispetto ad altri organoidi. Gli organoidi cerebrali richiedono un movimento costante e un'alimentazione regolare per svilupparsi correttamente.
Alcune delle sfide che la Dott.ssa Sandra ha osservato includono:
- Un processo ad alta intensità di manodopera che richiede una gestione precisa e coerente per periodi che spesso superano 100 i giorni, il che richiede un intervento durante i fine settimana e le vacanze.
- Processi manuali che introducono variabilità, che a sua volta influisce sull'accuratezza e sull'affidabilità dei saggi a valle.
- Aumento del rischio di contaminazione, a causa di così tanto lavoro pratico su tempistiche estese.
Coltura automatizzata degli organoidi cerebrali: Una soluzione scalabile per la ricerca neuroscientifica
Ecco come l'automazione aiuta a superare le maggiori sfide nella coltura delle cellule cerebrali:
- Nutrire gli organoidi significa automaticamente che sono curati secondo un programma prestabilito, anche nei fine settimana e nei giorni festivi. Tale coerenza non solo riduce l'errore umano, ma porta anche a dosaggi a valle più affidabili.
- Gli scienziati recuperano il loro tempo. Con i flussi di lavoro automatizzati, non è necessario dedicare una quantità eccessiva di tempo alla coltura di organoidi da banco in laboratorio, entrare al di fuori delle ore normali o pianificare esperimenti sulla disponibilità del personale.
- L’imaging diventa affidabile e ripetibile. I sistemi di imaging automatizzati si occupano dell'acquisizione e dell'analisi delle immagini di routine, liberando i ricercatori dal lavoro ripetitivo.
- I rischi di contaminazione diminuiscono in modo significativo. In un laboratorio affollato, è facile mescolare i terreni o maneggiare male le piastre. La movimentazione automatizzata mantiene ogni passo standardizzato e sicuro.
Perché l'automazione degli organoidi cerebrali è complessa: Requisiti di movimento e cultura
Allora perché l'automazione degli organoidi cerebrali non è diventata mainstream fino ad ora? La risposta sta nelle esigenze uniche e complesse della cultura degli organoidi cerebrali.
La necessità di un movimento costante
In primo luogo, gli organoidi cerebrali devono essere mantenuti in continuo movimento. Ciò garantisce che i nutrienti e l'ossigeno siano distribuiti uniformemente in tutta la coltura per una disponibilità ottimale di nutrienti vicino all'organoide, che è la chiave per una maturazione ottimale degli organoidi. I neuroni sono metabolicamente attivi e consumano grandi quantità di sostanze nutritive durante lo sviluppo. Senza movimento, i nuclei necrotici all’interno degli organoidi possono formarsi, portare alla morte cellulare e alla compromissione della funzionalità.
Inoltre, l’agitazione dei terreni mantiene gli organoidi sospesi e distribuiti uniformemente, impedendo loro di depositarsi sul fondo della piastra, un passo importante per mantenere una crescita sana e una qualità costante.
Tradizionalmente, gli agitatori orbitali sono stati utilizzati per mantenere questo movimento. Tuttavia, integrarli in sistemi automatizzati è stata una sfida.
Un processo culturale eccezionalmente complesso
Il flusso di lavoro della cultura degli organoidi cerebrali è notoriamente complesso. Si tratta di frequenti scambi di supporti, passaggio tra formati di piastre e consegna a tempo di fattori di crescita. Altre fasi, come il mantenimento della sterilità per mesi di coltura e l’acquisizione di dati di imaging a intervalli definiti, richiedono una manipolazione altrettanto attenta.
Presentazione del sistema automatizzato di coltura cellulare CellXpress.ai™
Un flusso di lavoro automatizzato di coltura e analisi degli organoidi cerebrali, a partire dalle iPSC e terminando con l’analisi morfologica e funzionale.
L’aggiunta di un nuovo incubatore a dondolo in questo sistema consente ora agli scienziati di automatizzare la coltura degli organoidi cerebrali, come dimostrato in questo studio, The CellXpress.ai Automated Cell Culture System per la generazione automatizzata e robusta di organoidi cerebrali.
Nuovo incubatore oscillante per una maturazione ottimale degli organoidi cerebrali
Il nuovo incubatore a dondolo del sistema CellXpress.ai è una svolta per la cultura degli organoidi cerebrali. Supporta il movimento dinamico all'interno dell'incubatore, consentendo agli organoidi di rimanere in costante movimento durante il loro sviluppo. L'incubatore può contenere fino a sei rack, con una configurazione mix-and-match che supporta sia condizioni statiche che a dondolo. Ciò significa che i ricercatori possono coltivare cellule staminali e organoidi cerebrali nello stesso incubatore, con solo i rack che richiedono il movimento che viene scosso. Studi comparativi hanno dimostrato che gli organoidi cresciuti su un rocker sono funzionalmente e morfologicamente identici a quelli cresciuti usando uno shaker orbitale.
In precedenza, il mantenimento manuale di solo 10 piastre organoidi cerebrali, compresa l'alimentazione quotidiana e l'imaging, richiedeva quasi 27 ore di tempo pratico ogni settimana. Ora, automatizzando il processo, lo stesso lavoro manuale viene ridotto a poche ore.
Oltre al risparmio di tempo, il sistema CellXpress.ai porta precisione scientifica allo sviluppo di organoidi cerebrali. Automatizza l'alimentazione e l'imaging secondo un programma fisso, compresi i fine settimana, garantendo un trattamento uniforme tra i campioni e riducendo al minimo la variabilità. Il sistema riduce anche i rischi di contaminazione incrociata, mantiene condizioni ottimali dei terreni 37a °C e acquisisce immagini a pozzetti completi con analisi avanzata delle caratteristiche. I ricercatori possono ora tracciare l’intero percorso cellulare nel tempo, sbloccando informazioni più approfondite preservando l’integrità della coltura.
