Sviluppo, imaging e analisi di colture cellulari automatizzate di organoidi

Note di laboratorio sui dispositivi molecolari

I modelli cellulari 3D stanno diventando sempre più popolari per lo studio di effetti biologici complessi, funzionalità dei tessuti e malattie. Si ritiene che la loro capacità di auto-organizzare e imitare i tipi di cellule degli organi funzionali rappresenti meglio la biologia in vivo rispetto alle colture cellulari monostrato 2D. Anche se la complessità di questi modelli può rappresentare un ostacolo per un uso più ampio nella ricerca e nello sviluppo di farmaci, le barriere vengono abbattute con tecnologie innovative.

Nel nostro ultimo post, gli scienziati di Molecular Devices discutono i progressi nelle tecnologie cellulari e dimostrano un flusso di lavoro integrato che consente processi automatizzati di coltura cellulare e imaging per monitorare lo sviluppo e caratterizzare le risposte complesse negli organoidi 3D.

Metodi di imaging ad alto contenuto per organoidi di coltura cellulare automatizzati
Applicazioni di organoidi per la scoperta e lo sviluppo di farmaci
Protocollo di automazione dei flussi di lavoro di biologia 3D
Uno sguardo più da vicino allo sviluppo automatizzato di organoidi

Metodi di imaging ad alto contenuto per organoidi di coltura cellulare automatizzati

Quando si utilizzano organoidi per la modellazione della malattia e la valutazione degli effetti dei composti, la qualità delle immagini è importante per l’analisi a valle. Per la massima valutazione quantitativa e solida delle variazioni fenotipiche negli organoidi, nonché per aumentare la produttività di esperimenti e schermate, le soluzioni di imaging e analisi automatizzate ad alte prestazioni sono di fondamentale importanza.

La microscopia confocale consente l’imaging efficiente di oggetti 3D, inclusi sferoidi, organoidi e modelli organ-on-a-chip. Un microscopio confocale, come il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress® Confocal HT.ai utilizza una sorgente luminosa laser a sette canali con otto canali di imaging per consentire saggi altamente multiplex; tecnologia confocale a discorotanteper penetrare più in profondità nei campioni di tessuto spesso per immagini più nitide; e l’obiettivo di immersione in acquaaumenta il rapporto segnale/rumore, migliora la risoluzione z e riduce le aberrazioni ottiche per immagini più nitide e nitide

I metodi tradizionali di analisi delle immagini possono essere estremamente intricati e richiedere molto tempo quando vengono eseguiti manualmente o anche in modo semi-automatico. Esiste sempre la possibilità di errore umano e di bias dovuti alla natura complessa e altamente dettagliata dell’operazione. Quando si aggiunge la natura ripetitiva, lunga e spesso laboriosa del flusso di lavoro, si ha l'opportunità di applicare strumenti avanzati di analisi delle immagini eIA/apprendimento automatico.

Il software di analisi avanzata delle immagini fornisce informazioni sulle variazioni nei fenotipi. Il software MetaXpress® High-Content Image and Acquisition and Analysis consente agli utenti di trovare e caratterizzare gli sferoidi, quindi contare e caratterizzare le cellule all’interno degli sferoidi, nonché gli oggetti subcellulari. È possibile valutare le specifiche delle colture cellulari 3D, come volume, diametro, forma e intensità, che aiutano anche a classificare e organizzare i dati in base alle caratteristiche degli organoidi.

Il software di analisi delle immagini IN Carta® è uno strumento di segmentazione delle immagini basato sul deep learning che consente di eseguire robusti organoidi e analisi cellulare senza etichetta. Gli strumenti di machine learning possono convertire dati di immagine complessi in risultati fruibili. Questa soluzione ha aiutato i ricercatori a classificare gli organoidi in base alle dimensioni e al diametro.

Nel complesso, le nostre tecnologie proprietarie AgileOptix in microscopia confocale vantano le qualità che possono mappare in modo elaborato la complessa struttura degli organoidi 3D.

Applicazioni di organoidi per la scoperta e lo sviluppo di farmaci

Gli organoidi stanno diventando sempre più importanti nei campi della ricerca sul cancro, della neurobiologia, della ricerca sulle cellule staminali e della scoperta farmacologica, poiché consentono una migliore modellazione dei tessuti umani. Derivati dalle cellule staminali, gli organoidi possono essere differenziati in un’ampia gamma di tipi di tessuto, tra cui polmone, cervello e intestino, per citarne alcuni. Poiché questi microtessuti 3D imitano gli organi in vivo, possono fornire ai ricercatori maggiori informazioni sui meccanismi dello sviluppo umano e della malattia, ad esempio:

Organoidi polmonari (polmonari)

Le colture di organoidi polmonari sono modelli di microtessuti 3D che ricapitolano le caratteristiche morfologiche e funzionali delle vie aeree, che includono struttura alveolare, secrezione di muco, battito ciliare e rigenerazione. Queste caratteristiche speciali della coltura degli organoidi polmonari hanno il potenziale per un’ampia gamma di applicazioni in approcci sia di base che traslazionali come lo screening farmacologico e la modellazione della malattia.

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Organoidi intestinali (intestinali)

Gli organoidi intestinalio gli organoidi intestinali sono stati uno dei primi modelli di organoidi 3D a ricapitolare le strutture nel lume intestinale e sull’epitelio intestinale circostante. La composizione e la disposizione cellulare dell’epitelio rendono gli organoidi intestinali utili per studiare la biologia, la rigenerazione, la differenziazione delle cellule intestinali, nonché i fenotipi della malattia, compresi gli effetti di mutazioni specifiche, microbioma o processo infiammatorio.

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Organoidi cerebrali (cerebrali)

Gli organoidi cerebrali sono modelli tissutali 3D che rappresentano una o più regioni del cervello. Quando le cellule staminali pluripotenti indotte dall’uomo (hiPSC) coltivate si differenziano in varie cellule neurali che maturano nel tempo per assomigliare alle strutture di varie regioni cerebrali, gli organoidi cerebrali 3D sono una tecnologia in rapido sviluppo che ha un grande potenziale per comprendere lo sviluppo cerebrale umano, le malattie neuronali e possono essere utilizzati per testare gli effetti dei composti e delle mutazioni genetiche. Questo approccio è altamente promettente per la valutazione dei farmaci, lo studio degli effetti delle tossine e nelle applicazioni genomiche funzionali.

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PDO/Tumoridi

Gli organoidi derivati dal paziente (PDO) o tumoroidi sono colture 3D che possono essere generate da tumori primari di singoli pazienti. I tumoroidi sono strumenti estremamente utili per la ricerca oncologica, lo sviluppo di farmaci e la medicina personalizzata.

Ad esempio, un’efficace terapia antitumorale è fondamentale nella sopravvivenza dei pazienti oncologici. Ciò richiede l’uso di modelli tumorali clinicamente rilevanti per comprendere la biologia della malattia, analizzare i biomarcatori tumorali, effettuare lo screening per i farmaci antitumorali più efficienti e fornire una piattaforma per studiare le risposte alle terapie mirate.

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Protocollo di automazione dei flussi di lavoro di biologia 3D

A causa della complessità degli organoidi, sono necessarie tecniche di imaging e analisi 3D più sofisticate per caratterizzare questi saggi biologici in modo accurato ed efficiente. 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.

Il nostro flusso di lavoro di screening degli organoidi dimostra un metodo end-to-end che utilizza tecnologie leader di tutto il settore per la coltura cellulare automatizzata, il monitoraggio e l’imaging ad alto contenuto. La cella di lavoro integrata include il nostro lettore per micropiastre SpectraMax®, la lavatrice per micropiastre Aquamax, gli imager ad alto contenuto ImageXpress® Confocal, l’incubatore automatizzato a CO2, il sistema automatizzato di gestione dei liquidi e un robot collaborativo. Con un software di pianificazione intuitivo, i ricercatori possono controllare il flusso di lavoro 3D per automatizzare la semina, lo scambio di supporti e il monitoraggio dello sviluppo di organoidi. Inoltre, il metodo consente l'automazione dei test dei composti e la valutazione delle variazioni fenotipiche.

Presso il nostro Organoid Innovation Center (OIC) mostriamo queste tecnologie all’avanguardia con nuovi metodi di biologia 3D per affrontare le sfide chiave della scalabilità della biologia 3D complessa. Questo spazio collaborativo permette a clienti e ricercatori di recarsi nel laboratorio per testare flussi di lavoro automatizzati per la coltura e lo screening degli organoidi, sotto la guida di scienziati dell’azienda.

Uno sguardo più da vicino allo sviluppo automatizzato di organoidi

Per saperne di più sulle applicazioni specifiche degli organoidi e sull’importanza dell’automazione di laboratorio nei flussi di lavoro degli organoidi, partecipa al nostro ultimo webinar, Automatizzazione della cultura e dell’imaging ad alto contenuto degli organoidi 3D per la valutazione in vitro degli effetti composti. Il webinar include casi di studio con diversi tipi di organoidi utilizzati nella modellazione tissutale e nello screening farmacologico. Otterrete informazioni preziose su come gli organoidi per colture cellulari automatizzate vengono sviluppati, acquisiti, analizzati e comprendono il ruolo svolto dalle nostre soluzioni di imaging e software nell’ambito della ricerca sugli organoidi.