Scienza delle cellule staminali e medicina rigenerativa - Tecnologie e metodiche presentate all’ISSCR 2022

È stato un altro grande anno all’ISSCR 2022! Leader di tutto il mondo si sono riuniti per discutere nuove tecnologie, condividere informazioni ed esplorare le ultime innovazioni nella scienza delle cellule staminali e nella medicina rigenerativa. Inoltre, i partecipanti hanno appreso le soluzioni automatizzate e quantificabili per le complessità che derivano dai saggi dei modelli cellulari 3D.

Se ti sei perso lo spettacolo o desideri ulteriori dettagli sulla tecnologia e sui metodi presentati, abbiamo quello che fa per te!

Monitoraggio della crescita e caratterizzazione degli effetti dei composti negli organoidi intestinali 3D con imaging ad alto contenuto

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La complessità dei modelli cellulari 3D rimane un ostacolo per una più ampia adozione nella ricerca e nello screening farmacologico. In questo poster, descriviamo una coltura cellulare automatizzata e integrata e una soluzione di imaging ad alto contenuto che consente il monitoraggio automatizzato, la manutenzione, la caratterizzazione degli organoidi e il test degli effetti dei vari composti. La soluzione integrata include un sistema di imaging confocale, un incubatore automatizzato, un sistema di gestione dei liquidi e un robot collaborativo.

Abbiamo sviluppato metodi per l’automazione delle cellule di semina in Matrigel e lo scambio di terreni, nonché per il monitoraggio dello sviluppo di organoidi intestinali murini utilizzando l’imaging in luce trasmessa. L’analisi delle immagini basata sull’apprendimento automatico ha consentito il rilevamento degli organoidi e la caratterizzazione delle loro dimensioni e densità. L’analisi avanzata delle immagini ha consentito la ricostituzione 3D e la valutazione fenotipica complessa delle strutture degli organoidi, compresa la caratterizzazione della dimensione e della complessità degli organoidi, la morfologia e la vitalità cellulare e la presenza di marcatori di differenziazione. Dimostriamo gli effetti di tossicità concentrazione-dipendente di diversi farmaci antitumorali.

Abbiamo ulteriormente aumentato la complessità generando organoidi intestinali umani in micropozzetti a forma di fondo a U con microscheda Gri3D^® nell’idrogel. Dimostriamo gli strumenti per aumentare la produttività e l’automazione dei saggi degli organoidi e dello screening dei composti e proponiamo approcci di analisi e descrittori che forniscono maggiori informazioni su questi modelli complessi.

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Organizzazione strutturale e analisi funzionale della risposta composta in microtessuti tricolturali cardiaci derivati da iPSC umano 3D

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Il cuore umano è un organo complesso che esegue processi altamente regolati di pompaggio del sangue nell’organismo. Il ventricolo umano adulto è composto da cardiomiociti, cellule endoteliali, fibroblasti e altri tipi di cellule di supporto. Sebbene i cardiomiociti costituiscano il 75% del volume totale del ventricolo umano, costituiscono solo il 50% del numero totale di cellule. Recenti pubblicazioni dimostrano che i microtessuti tricellulari di cardiomiociti, cellule endoteliali e fibroblasti cardiaci derivati dall’iPSC umano migliorano la maturazione e l’attività funzionale.

In questo studio, abbiamo utilizzato un modello tricolturale creato miscelando le cellule cardiache derivate da iPSC con fibroblasti primari adulti e cellule endoteliali derivate da iPSC. Abbiamo utilizzato un sistema di manipolazione dei liquidi Biomek i7 per la piastratura cellulare e il successivo scambio di terreni. Abbiamo studiato l’attività funzionale dei microtessuti registrando le oscillazioni del calcio utilizzando uno strumento di registrazione della fluorescenza cinetica rapida, il sistema di screening cellulare ad alto rendimento ^FLIPR® Penta, mentre l’analisi delle forme d’onda è stata eseguita utilizzando il modulo software ^ScreenWorks®2 Peak Pro ™. Inoltre, abbiamo utilizzato l’imaging ad alto contenuto per caratterizzare la struttura e la morfologia dei nostri microtessuti 3D con il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress® Micro Confocal. La struttura 3D dei microtessuti è stata ricostruita e analizzata utilizzando il software di acquisizione e analisi delle immagini ad alto contenuto MetaXpress®.

I dati qui presentati evidenziano l’utilità e la rilevanza biologica dell’uso dei tipi di cellule derivate da iPSC nei microtessuti 3D come modello promettente per misurare gli effetti dei composti sui tessuti cardiaci umani in un formato ad alto rendimento.

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Processi automatizzati di monitoraggio dello sviluppo e analisi dell’attività di organoidi cerebrali 3D derivati da iPSC

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La cultura degli organoidi complessi, come gli organoidi cerebrali, è una tecnologia in rapido sviluppo che ha un potenziale enorme nelle aree della neurobiologia e della neurodegenerazione dello sviluppo. I recenti progressi hanno consentito di coltivare organoidi cerebrali da iPSC, il che consente lo studio dello sviluppo corticale e delle malattie ad esso associate. Sono necessarie ulteriori ricerche affinché gli organoidi cerebrali possano essere utilizzati su larga scala per gli studi di genomica funzionale, la scoperta farmacologica e la valutazione degli effetti tossici indotti dai composti. Qui descriviamo un metodo per la coltura e il monitoraggio semi-automatizzati degli organoidi cerebrali, nonché per l’esecuzione di test funzionali dell’attività neuronale attraverso la registrazione delle oscillazioni del Ca2+.

Gli organoidi cerebrali sono stati sviluppati da iPSC utilizzando metodi pubblicati in precedenza (Lancaster 2014). Il metodo è stato adottato per il monitoraggio parzialmente automatizzato del flusso di lavoro e della coltura utilizzando il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress Confocal HT.ai . Abbiamo monitorato le dimensioni e la morfologia dello sviluppo di microtessuti cerebrali in luce trasmessa nel corso di 20 settimane di sviluppo utilizzando l’analisi delle immagini basata sul deep learning (software di analisi delle immaginiIN Carta^® ) per definire le dimensioni, la forma e la densità dei tessuti. Per il rilevamento delle attività funzionali, le oscillazioni del calcio da gruppi selezionati dei microtessuti sono state registrate mediante imaging e analizzate utilizzando MetaXpress High-Content Image Acquisition and Analysis Software per l’analisi dei picchi cinetici.

Il metodo dimostra una promessa per la valutazione degli effetti di farmaci, tossine e mutazioni genetiche, mentre è necessario un ulteriore sviluppo del metodo per le domande di screening.

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