Approfondimenti e innovazioni nel campo delle cellule staminali presentati all’#ISSCR2021
Se non avete avuto la possibilità di visitarci alle nostre sessioni poster durante l’ISSCR 2021, non vi preoccupate. Abbiamo raccolto qui per voi tutte le nostre sessioni.
L’Incontro Annuale dell’ISSCR ha riunito quasi 4.000 leader di tutto il mondo per parlare di nuove tecnologie, condividere informazioni sulla ricerca ed esplorare le ultime novità nella tecnologia delle cellule staminali e nella medicina rigenerativa. Con programmi scientifici approfonditi e opportunità di networking, i visitatori hanno tratto spunto e informazioni per far avanzare la loro ricerca.
Quest’anno siamo stati onorati di far parte della nostra sessione di Showcase sull’Innovazione: Cultura automatica e imaging ad alto contenuto di organoidi 3D per la valutazione in vivo degli effetti composti. La Dott.ssa Oksana Sirenko ha condiviso il perché e il come dei flussi di lavoro automatizzati complessi dei saggi biologici 3D e ha spiegato i modi in cui i nuovi progressi nella tecnologia di imaging ad alto contenuto stanno rivelando dati significativi. Questi dati possono aiutare a scalare i saggi sugli organoidi per lo screening e a superare i limiti della Sua ricerca.
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Un punto fermo della Riunione Annuale ISSCR, le sessioni del poster consentono agli ospiti invitati di interagire uno a uno con i ricercatori. Qui offriamo un’esperienza virtuale per visualizzare le nostre presentazioni a vostro piacimento e incoraggiarvi a contattarci in qualsiasi momento per parlare delle vostre difficoltà di ricerca.
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- Poster 1 - Sfilata Innovazione: Cultura automatica e diagnostica per immagini ad alto contenuto di organoidi 3D per la valutazione in vitro degli effetti dei composti
- Monitoraggio dello sviluppo degli organoidi e caratterizzazione delle attività di oscillazione del calcio in organoidi cerebrali 3D derivati da iPSC
- Analisi delle immagini basata sul deep learning per il monitoraggio in tempo reale senza marcatura di colture di organoidi 3D e iPSC
- Organoidi per la modellazione delle malattie e lo screening di farmaci in vitro: processi automatizzati di monitoraggio delle colture, imaging e analisi di sistemi biologici complessi
- Valutazione ad alto rendimento degli effetti proaritmici indotti dai composti nei cardiomiociti umani derivati da iPSC
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Poster 1) Mostra di innovazione: Cultura automatica e diagnostica per immagini ad alto contenuto di organoidi 3D per la valutazione in vitro degli effetti dei composti
Allo stesso tempo, i passi avanti nella tecnologia di imaging ad alto contenuto stanno consentendo di ottenere informazioni significative da questi complessi sistemi biologici, invitando gli scienziati a spingersi oltre i limiti della loro ricerca. In questo webinar, descriviamo un flusso di lavoro integrato che ci consente di automatizzare i processi di coltura cellulare, diagnostica per immagini e manutenzione cellulare per monitorare lo sviluppo di cellule staminali e organoidi, nonché di caratterizzare le risposte complesse ai composti di prova. Il metodo è stato applicato per l'automazione di tre flussi di lavoro complessi: Mantenimento iPSC, test di sfissicità del polmone che utilizza organoidi del polmone 3D e monitoraggio degli effetti dei composti sull’attività funzionale nelle coltivazioni cardiache 3D.
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Monitoraggio dello sviluppo degli organoidi e caratterizzazione delle attività di oscillazione del calcio in organoidi cerebrali 3D derivati da iPSC
Gli organoidi cerebrali sono una tecnologia in rapido sviluppo che ha un grande potenziale per comprendere lo sviluppo del cervello e le malattie neuronali. Possono anche essere utilizzati per testare gli effetti di composti e disordini genetici. Il modello consente la caratterizzazione di eventi successivi nello sviluppo corticale, che fornisce un sistema avanzato e più rilevante dal punto di vista biologico per la ricerca e la ricerca di farmaci.
Un ulteriore sviluppo del metodo includerebbe l’adozione del modello per lo screening dei composti e il test delle attività neuronali funzionali. Descriviamo i metodi per monitorare gli organoidi cerebrali e testare la loro attività funzionale registrando e analizzando le oscillazioni del calcio.
Gli organoidi cerebrali sono stati sviluppati da iPSC utilizzando metodi consolidati. Abbiamo monitorato le dimensioni e la virfologia dello sviluppo di microtessuti cerebrali nel corso di 4-12 settimane di sviluppo utilizzando strumenti di analisi basati sull’IA per definire le dimensioni e la forma dei tessuti. Microtessuti selezionati sono stati analizzati mediante imaging confocale durante fasi diverse dello sviluppo per valutare l’organizzazione delle cellule e l’espressione di marcatori neuronali. Per il rilevamento delle attività funzionali, gli organoidi sono stati caricati con un mezzo di contrasto sensibile al calcio e quindi le oscillazioni Ca2+ sono state registrate con il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress® Confocal HT.ai . Nel complesso dimostriamo che l’uso dell’imaging ad alto contenuto combinato con l’analisi basata sull’IA su organoidi cerebrali 3D è uno strumento promettente per lo screening di composti e le valutazioni di tossicità.
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Analisi delle immagini basata sul deep learning per il monitoraggio in tempo reale senza marcatura di colture di organoidi 3D e iPSC
I modelli biologici 3D complessi come gli organoidi e gli sferoidi derivati dal paziente stanno acquistando popolarità in molte aree di ricerca biomedica perché ricapitolano più strettamente i tessuti in vivo. Questi modelli 3D offrono un enorme potenziale nella modellizzazione delle malattie, nello screening dei farmaci, negli studi di tossicità, nelle interazioni ospite-microbo e nella medicina di precisione.
Al fine di utilizzare gli organoidi per schermi su larga scala, l'automazione viene sempre più utilizzata per gestire la quantità massiccia di campione, e le linee di iPSC (cellula staminale pluripotente indotta) e i loro organoidi derivati sono più coerenti e riproducibili.
Un requisito importante di un sistema di coltura automatica è la capacità di monitorare i tessuti vivi. Qui, abbiamo utilizzato uno strumento di intelligenza artificiale (IA) per eseguire l’analisi automatica delle immagini di colonie, organoidi e sferoidi iPSC (immaginati in campo chiaro). Lo strumento software di analisi delle immagini IN Cartaý fornisce un'interfaccia utente intuitiva per addestrare i modelli in base alle immagini fornite dall'utente. Il rilevamento basato sull’apprendimento profondo (SINAP) consente il rilevamento automatico di oggetti complessi di interesse (ad es. colonie di cellule staminali o organoidi) con un intervento umano minimo. A differenza dell'analisi delle immagini basata sull'IA, l'approccio di analisi delle immagini tradizionale richiede agli utenti di fornire impostazioni di analisi che devono essere modificate frequentemente. L'output dell'analisi IN Carta include misure morfologiche, di intensità e di trama. Dimostriamo la possibilità di utilizzare il rilevamento di oggetti basato sull'IA e la caratterizzazione fenotipica per tre modelli di celle complesse: espansione degli iPSC, sviluppo di organoidi polmone 3D ed effetti dei farmaci anti-cancro sui carcinoidi . Questi risultati supportano l'integrazione di metodi di analisi delle immagini di deep-learning in qualsiasi flusso di lavoro di automazione ad alto contenuto che faciliterà notevolmente la generazione su larga scala di iPSC e organoidi di alta qualità per applicazioni a valle.
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Organoidi per la modellazione delle malattie e lo screening di farmaci in vitro: processi automatizzati di monitoraggio delle colture, imaging e analisi di sistemi biologici complessi
Descriviamo un sistema integrato automatico che consente il monitoraggio, la manutenzione e la Caratterizzazione automatici della crescita e della differenziazione di cellule staminali e organoidi, nonché il test degli effetti dei vari composti. Il sistema integrato automatico includeva il sistema ImageXpress Confocal HT.ai, un’incubatrice automatica, un sistema di movimentazione dei liquidi Biomek e un dispositivo robotico. Abbiamo dimostrato metodi per l'automazione di successo di tre flussi di lavoro complessi: Coltura iPSC, organoidi polmonari 3D e organoidi intestinali . Il flusso di lavoro mostra l’utilità dell’automazione e dell’imaging avanzato ad alto contenuto per una maggiore rendimento e informazioni nei test degli organoidi, fondamentali per lo screening dei composti.
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Valutazione ad alto rendimento degli effetti proaritmici indotti dai composti nei cardiomiociti umani derivati da iPSC
Lo sviluppo di saggi di rilevanza biologica e predittivi, basati su cellule, per lo screening dei composti e la valutazione della tossicità rappresenta una delle principali sfide nella scoperta farmacologica. L’obiettivo di questo studio era quello di stabilire dei test di cardiotossici compatibili ad alto rendimento utilizzando cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte dall’uomo (iPSC).
Utilizzando i cardiomiociti derivati da iPSC umano come modello in vitro, abbiamo valutato le risposte e la concentrazione dipendono dai 28 farmaci collegati a categorie di rischio basso, intermedio e alto di torsione di punta (TdP). L’impatto dei vari composti sui tassi di sbattimento e sui modelli di attività spontanea dei cardiomiociti è stato monitorato dalle variazioni nelle oscillazioni del Ca2+ intracellulare misurate dalla fluorescenza cinetica rapida con coloranti sensibili al calcio sul sistema di vaglio cellulare ad alta rendimento FLIPR® Penta.
Descriviamo un metodo per l'analisi complessa delle oscillazioni del calcio che consente il rilevamento e la Caratterizzazione multiparametrica di picchi e modelli di oscillazione. Oltre al rilevamento di tassi di oscillazione, larghezza e ampiezza del picco, il metodo consente la caratterizzazione di modelli complessi, picchi secondari, irregolarità della forma d'onda e più di 20 altre letture importanti. Gli effetti pro-aritmici indotti da composti come gli eventi simili a quelli della depolarizzazione successiva iniziale (EAD) o i prolungamenti di picco possono essere facilmente identificati e contrassegnati.
Inoltre, la tossicità cellulare e mitocondriale è stata valutata nel test di follow-up mediante diagnostica per immagini ad alto contenuto. Abbiamo caratterizzato gli effetti dipendenti dalla concentrazione dei 28 composti su diverse letture e abbiamo dimostrato che la presenza di eventi simil-EAD, prolungamenti di picco e irregolarità del modello rilevabili nel test a concentrazioni paragonabili a quelle della concentrazione appropriata nel sangue (Cmax), può essere utilizzata come forte indicatore indicativo dell’aritmia cardiaca in vivo .
I risultati mostrano l'utilità del metodo per lo screening ad alta rendimento e il rilevamento degli effetti pro-aritmici indotti dal farmaco invito .
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Esplora le soluzioni per l’analisi e la visualizzazione di dati complessi sulle cellule staminali
Che tu stia appena iniziando a esplorare i vantaggi dei modelli tissutali 3D e dell’imaging o stia sfruttando flussi di lavoro 3D avanzati, possiamo offrire soluzioni per le complessità che derivano dall’analisi dei dati di organoidi e cellule staminali, automatizzare i flussi di lavoro della coltura 3D per quantificare e visualizzare le strutture 3D e aiutarti a ridurre i costi di laboratorio e a superare i limiti della tua ricerca.
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