3D-Zellmodelle

Erforschen Sie die komplexe 3D-Biologie mit den fortschrittlichen Methoden
der Technologien
für zelluläres Imaging und Analyse.

Zelluläres Imaging und Analyse für 3D-Zellkultur-Anwendungen und -Assays

Die Entwicklung zellbasierter Assays mit höherer Komplexität, biologischer Relevanz und Voraussagekraft ist eine Hauptherausforderung des Screenings von Verbindungen in der Wirkstoffforschung. Die Integration dreidimensionaler (3D) Assaymodelle mit dem Ziel, die translationale Biologie voranzubringen, verbreitet sich zunehmend. Zellmodelle mit höherer Komplexität sind zunehmend beliebter geworden, da sie in vivo-Umgebungen und Antworten auf die Behandlung mit Wirkstoffen besser nachahmen. Insbesondere 3D-Zellkulturen bieten den Vorteil, dass sie die Aspekte menschlichen Gewebes, einschließlich Zell-Matrix-Interaktionen, genauer nachzeichnen und die relevanten Diffusionsmerkmale physiologisch besser darstellen. Die Anwendung von zellulären 3D-Assays ermöglicht eine zusätzliche Wertschöpfung aus Forschungs- und Screeningprojekten und überbrückt so die translationale Lücke zwischen 2D-Zellkulturen und Tiermodellen. Indem sie wichtige Parameter der in vivo-Umgebung reproduzieren, können 3D-Modelle einzigartige Einblicke in das Verhalten von Stammzellen und sich entwickelnden Geweben in vitro liefern.

Arbeitsablauf 3D-Zell-Imaging und -Analyse

Die Entwicklung von Quantifizierungs-Assays mit 3D-Zellkulturen ist zu einem attraktiven, investigativen Werkzeug für das Studium komplexer Biologie geworden. Weitere Verbreitung im Screening verhinderten bisher die Komplikationen mit der 3D-Zellbilderfassung und den Arbeitsabläufen in der Analyse. High-Content-, Hochdurchsatz-Werkzeuge für die Mikroskopie bieten innovative und automatisierte Techniken zur Untersuchung dieser komplexen Biologie. Nachdem die 3D-Zellkultur herangezogen oder in eine Imaging-Mikroplatte überführt wurde, können die Zellen mit Verbindungen behandelt und mit dem ausgewählten Marker gefärbt werden. Für die Aufnahmen bieten die automatisierten ImageXpress Imaging-Systeme und unsere Software für zelluläres Imaging und Analyse die Fähigkeiten, diese Modelle innerhalb einer einzigen, integrierten Schnittstelle zu screenen und zu analysieren – um die Zeit bis zur Entdeckung drastisch zu verringern.
 

Für einen typischen 3D-Zellkultur-Assay angewendete Schritte:

 

Techniken 3D-Zell-Imaging und -Analyse

Unsere Imaging-Technologie entwickelt sich ständig weiter, damit physiologisch relevantere Modelle noch einfacher implementiert werden können. Erfahren Sie mehr darüber, wie Ihnen unsere Technologie dabei helfen kann, Ihre Arbeit mit 3D-Zellkulturen von kleinen Assays auf High-Throughput-Screening auszuweiten.

 

Lösungen für 3D-Aufnahmen

 

Erfassen Sie Bilder für 3D-Assays

In den letzten Jahren wurden signifikante Fortschritte im automatisierten Imaging erzielt, um für Anwendungen in der Wirkstoff- und Umweltgifteforschung Messungen mit stärkerer Voraussagekraft und höherer physiologischer Relevanz zu bieten. Die Umsetzung komplexerer Assays und 3D-Modelle erfordert eine hohe Auflösung, um Bilder und Daten in publikationsfähiger Qualität zu erfassen.

Das konfokale Imaging bietet ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis und schärfere Bilder, indem es das Licht außerhalb des Fokus verringert, um sogar in dickeren Proben einen größeren Detailreichtum zu erzielen. Sehen Sie sich das Video an, um Hochdurchsatz-Techniken kennenzulernen, durch die mit dem ImageXpress Micro Confocal System Bilder in 3D aufgenommen werden können.

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Lösungen für 3D-Aufnahmen

 

Analysieren Sie Aufnahmen für 3D-Anwendungen

Auch wenn Ihre Probe in 3D vorliegt gibt es verschiedene Arten von Bildreihen, die erzeugt werden können. Eine einzige Ebene mag ausreichend sein, oder es können auch mehrere Ebenen aufgenommen werden. Wenn mehrere Ebenen aufgenommen werden ist es hilfreich, diese einzeln analysieren zu können, oder sie zu analysieren, nachdem sie zu einer einzigen 2D-Projektion vereinigt wurden. Letztendlich kann das Ziel des Experiments die Analyse der gesamten 3D-Abbildung sein. Sehen Sie sich das Video an, um Techniken kennenzulernen, durch die Sie mit der MetaXpress Software Bilder aus mehreren Z-Ebenen als einen 3D-Datensatz analysieren können.

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Vorteile von 3D-Zellmodellen

Die Hauptvorteile dreidimensionaler (3D) Zellmodelle sind, dass sie physiologisch relevanter sind und die Mikroumgebungen von Geweben, Zell-Zell-Interaktionen und in vivo auftretenden biologischen Prozessen genauer wiedergeben. Jetzt können Sie Daten mit größerer Voraussagekraft erzeugen – indem Sie die Technologien von High-Content Imaging (HCI)-Systemen und Zell-Imagern wie dem ImageXpress System integrieren. Durch die Integration einer Aufnahme- und Analyse-Software für das High-Content-Imaging, wie in der MetaXpress Software mit 3D-Analysemodul, werden weitere Analysen, Visualisierungen und Beurteilungen von 3D-Strukturen möglich. Diese eine Schnittstelle wird es Ihnen ermöglichen, die Herausforderungen von 3D-Aufnahmen und -analysen zu meistern, ganz ohne Abstriche beim Durchsatz oder der Qualität der Daten, und wird Ihnen so Vertrauen in Ihre Entdeckungen schenken.

 

Erfahren Sie mehr über Anwendungen und Assays für 3D-Zellmodelle:

  • Nehmen Sie 3D-Zellmodelle auf und visualisieren Sie diese

    Zelluläre 3D-Modelle

    Bei der Entwicklung von 3D-Modellen und -Methoden wurden in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt. Die Methoden beinhalten biologisch abbaubare Zellträger, Organ-on-a-Chip-Strukturen oder selbstorganisierende Organoide. In letzter Zeit wurden einfache, automatisierte Arbeitsabläufe beliebt, die für das High-Content-Imaging geeignet sind.

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    Erfassen Sie realitätsgetreue Einblicke in 3D-Zellkulturen

    Einblicke in 3D-Zellkulturen

    Zellbasierte Assays mit höherer Komplexität, biologischer Relevanz und Voraussagekraft zu entwickeln, ist eine der Hauptherausforderungen des Screenings von Verbindungen in der Wirkstoffforschung.

    Dieses E-Book stellt die Vorteile des Imaging und der Analyse von 3D-Zellkulturen heraus und beinhaltet ein paar Anwendungen von 3D-Zellmodellen sowie Tipps und Techniken zur Optimierung Ihrer Arbeitsabläufe von 3D-Assays.

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  • Zellen in extrazellulärer Matrix

    3D-Hydrogele

    Ein gängiger Weg, Zellen im dreidimensionalen Raum zu kultivieren ist die Verwendung von auf extrazellulärer Matrix basierenden Hydrogelen wie Matrigel. Um die in vivo-Umgebung nachzuahmen werden die Zellen in einer extrazellulären Matrix (EZM) herangezogen. Die Unterschiede zwischen Matrigel- und 2D-Zellkulturen können sehr einfach durch deren unterschiedliche Zellmorphologien, Zellpolaritäten und/oder Genexpression erkannt werden. Hydrogele können auch Studien zur Zellmigration und der Bildung von 3D-Strukturen ermöglichen, wie zum Beispiel die Tubulusformation aus endothelialen Zellen in Angiogenese-Studien.

    Organ-on-a-Chip

    Organ-on-a-Chip-Assays

    Das Nachbilden der Organphysiologie durch die Kokultivierung von Zellen innerhalb einer stützenden 3D-Matrix und die Anwendung von mikrofluidischen Kanälen zur Perfusion der entstandenen zellulären Strukturen mit Nährstoffen oder Verbindungen findet zunehmend Anwendung als ein biologisch relevantes Screening-Modell für neue Wirkstoffe und Toxizität. Das ImageXpress System liefert eine betriebsfertige Lösung sowohl für 2D- als auch 3D-Anwendungen und kann viele verschiedene Arten von Objektträgern und Plattenformaten erfassen.

  • Organoid vs. Sphäroid

    Sphäroid und Organoid

    Die Begriffe Sphäroid und Organoid werden oft austauschbar verwendet. Beide Zellmodelle sind zelluläre 3D-Strukturen, die die in vivo-Umgebung besser nachahmen als ihre 2D-Zell-Gegenstücke. Organoide bestehen typischerweise aus einer Ko-Kultur von Zellen, die einen höheren Grad der Selbstorganisation aufweisen, um eine noch bessere Darstellung komplexer in vivo-Zellantworten und Interaktionen wiederzugeben. Sphäroide weisen im Gegensatz dazu eine einfachere 3D-Struktur auf, was ermöglicht, sie besser zu reproduzieren und zu skalieren. Funktionell werden beide Typen von Modellen genutzt, um in besseren in vitro-Modellen physiologisch relevantere Daten zu erfassen.

    Sphäroide

    Sphäroide

    Sphäroide sind multizelluläre 3D-Sphären, die in vivo-Zellantworten und Zellinteraktionen nachahmen. Sie sind für eine hohe Reproduzierbarkeit geeignet und können für das High-Content-Screening skaliert werden. Im Vergleich zu adhärenten Zellen, die in 2D-Monolayer gewachsen sind, wird von 3D-Wachstumsbedingungen angenommen, dass sie eher der natürlichen Umgebung von Krebszellen entsprechen. Aufnahmen von diesen größeren Strukturen zu erzeugen, erfordert das Aufnehmen von Bildern in unterschiedlichen Tiefen (Z-Ebenen) innerhalb des Sphäroid-Körpers und deren Analyse in 3D, oder das Zusammenfassen der Bilder zu einem einzigen 2D-Stapel vor der Analyse.

  • Stammzellen

    3D-Stammzellen

    Stammzellen sind eine verfügbare Quelle von primär-ähnlichen Zellen, die in Studien mit langer Laufzeit für die Messung untersuchter Reaktionen in spezifischen Zelltypen und 3D-Geweben verwendet werden können. Komplexe Assays und aus 3D-induzierten, pluripotenten Stammzellen (iPSC) gewonnene Zellmodelle repräsentieren die Gewebebiologie und die Zellinteraktionen besser. Daher sind sie relevanter für viele Toxizitäts- und Wirkstoff-Screening-Assays.

    Gesamtorganismen

    Zebrabärblinge – gesamter Organismus

    Gesamtorganismen wie C. elegans, Drosophilalarven und Zebrabärblinge sind für die Humanbiologie von großer Relevanz und werden für die Erforschung kompletter, interaktiver Systeme eingesetzt. Das Screening von Zebrabärblingen wird heute aus Kosten- und Durchsatzgründen, und wegen geringerer ethischer Bedenken als Alternative zum Screening von Säugern bevorzugt. Unsere Zebrabärblingsstudie verwendet das ImageXpress Micro System und die MetaXpress Software, um automatische Imaging-Vvorgänge zur Überwachung der Inhibition von Angiogenese, zur Quantifizierung des Gen-Knock-downs und zur Messung der Ototoxizität und Neurotoxizität einzurichten und auszuführen.

Arbeitsablauf 3D-Zell-Imaging und -Analyse

Der Arbeitsablauf eines Protokolls für eine 3D-Kultur hängt vom Typ des kultivierten Zellmodells ab. Der hier dargestellte Arbeitsablauf für das Imaging und die Analyse von 3D-Zellmodellen ist ein verallgemeinertes Beispiel für 3D-Sphäroide in einer 96- oder 384-Well-Mikroplatte mit flachem oder rundem Boden. Jeder Schritt untergliedert den Prozess von der Zellkultur bis zur Bildanalyse und beleuchtet die Instrumente und Werkzeuge, die erforderlich sind, um das Zellkultur-Protokoll durchzuführen – einschließlich eines automatisierten High-Content Imaging-Systems und einer Software für zelluläres Imaging und Analyse.

 

Arbeitsablauf 3D-Zell-Imaging und -Analyse
 
Sphäroide kultivieren

SPHÄROIDE KULTIVIEREN

Um die typische kugelförmige Form der Sphäroide zu entwickeln, können 3D-Zellen direkt in einer ULA (ultra-low attachment) Rundbodenplatte kultiviert werden. Vor der Überführung auf eine Imaging-Mikroplatte können die Zellen auch in anderen Laborgefäßen wie Petrischalen, Kulturflaschen oder anderen Mikroplatten gezogen werden.

96- oder 384-Well-Platten

96- oder 384-Well-Platten

Die meisten 3D-Zellkulturen werden für das High-Content, Hochdurchsatz-Screening in 96- oder 384-Well-Mikroplatten kultiviert. ULA, U-förmige/Rundboden-Mikroplatten ermöglichen es der kugelförmigen Form, Sphäroide zu bilden. Die Sphäroide können jedoch auch in einer Flachboden-Mikroplatte kultiviert werden, wobei Hydrogele verwendet werden, um extrazelluläre Matrices (EZM) zu simulieren. Optimierte Sphäroid-Zellkultur-Protokolle für das ImageXpress® Micro Confocal High-Content Imaging System können mit ULA, U-Boden 96- und 384-Well-Platten und einem OneStep-Färbeprozess arbeiten und so die Assay-Dauer und Schwankungen verringern.

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Behandlung mit Verbindungen

BEHANDLUNG MIT VERBINDUNGEN

Nachdem die Sphäroide ausgebildet sind, werden Verbindungen zu den Wells hinzugefügt und für einen oder mehrere Tage inkubiert, je nachdem, welcher Mechanismus untersucht wird. Im Allgemeinen werden für Apoptose-Studien kürzere und für Zytotoxizitäts-Studien mit mehreren Parametern längere Inkubationszeiten angewendet. Bei Behandlungen mit Wirkstoffen, die über längere Zeit andauern, werden die Verbindungen während der Inkubation regelmäßig erneuert. Die Konzentration der Verbindungen und die Inkubationszeiten sind vom gewünschten Protokoll abhängig.

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Auf Marker färben

AUF MARKER FÄRBEN

Nachdem die Behandlung mit Verbindungen abgeschlossen ist, werden die Farbstoffe direkt zum Medium hinzugegeben. Um eine Störung der Sphäroide zu vermeiden, können Färbungen angewendet werden, die keinen Waschschritt erfordern. Sphäroide können, wenn notwendig, jedoch auch vorsichtig gewaschen werden, sogar automatisiert.

96- oder 384-Well-Platten

Assay-Kits

Benutzerfreundliche, robuste Assay-Kits für die Life Science-Forschung, Wirkstoffforschung und Wirkstoffentwicklung, und für Bioassays. Unsere Assay-Kits sind für die Verwendung mit unseren Instrumenten optimiert. Screenen Sie mehr Verbindungen zu früheren Zeitpunkten in der Wirkstoffentwicklung und ermöglichen Sie für Testverbindungen die Beschreibung eines vollständigen Konzentrations-Antwort-Profils für die Zellviabilität, Proliferation, Axiogenese und mehr.

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Imaging-System

High-Content Imaging-System

Das ImageXpress Micro Confocal System ist eine einzigartige konfokale Imaging-Lösung, die pro Woche mehr als eine Million Wells ablichten kann. Die MetaXpress Software ermöglicht die Aufnahme von 3D-Z-Stapeln. Bilder der Z-Ebene können einzeln oder durch die Anwendung eines mathematischen Algorithmus zu einer einzigen 2D-Projektionsabbildung zusammengefügt und abgespeichert werden.

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Nehmen Sie 3D-Zellbilder auf

NEHMEN SIE 3D-ZELLBILDER AUF

Durch die Anwendung einer spezialisierten Imaging-Ausrüstung können Bilder vom Inneren des Sphäroid-Körpers einzeln oder als ein Z-Stapel (mehrere Bilder in verschiedenen Tiefen) aufgenommen werden.

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Analysieren

ANALYSIEREN SIE 3D-ZELLBILDER

Nutzen Sie eine Software zur zellulären Imaging-Analyse, um Zellbilder quantitativ zu analysieren und um zu beobachten und zu beurteilen, wie Zellen verschiedene Marker exprimieren, und um biologische Messungen zu quantifizieren.

Software für High-Content-Imaging

Software für High-Content-Imaging

Die MetaXpress High-Content Image Acquisition and Analysis Software ist ein Multi-Level-Analysewerkzeug für eine große Bandbreite von 2D- und 3D-Anwendungen, das für das ImageXpress Micro Confocal System optimiert wurde. Die integrierten Aufnahmemodule für die Aufnahme und Analyse von 3D-Zellmodellen vereinfachen die Hoch-Durchsatz-Quantifizierung von 3D-Strukturen mit Volumen-, Intensitäts- und Distanzmessungen.

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Ressourcen für 3D-Zellen

Videos und Demonstrationen

3D-Aufnahmen mittels High-Content-Imaging

Lösungen für Hochdursatz 3D-Aufnahmen mit High-Content-Imaging

Lösungen für die High-Content-Analyse von 3D-Aufnahmen

Lösungen für die High-Content-Analyse von 3D-Aufnahmen

Aktinmaske Zebrabärbling

Zebrabärbling-Aktin-Maske mit FITC-Gefäßmaske

Angiogenese Bildvorschau

Angiogenese-Forschung: High-Content Imaging-Systeme helfen dabei, das volle Potenzial von 3D-Gewebemodellen zu entfalten

Physiologisch relevante Gewebemodelle anhand einer Organ-on-a-Chip-Plattform mit hohem Durchsatz

Physiologisch relevante Gewebemodelle durch Verwendung einer Hoch-Durchsatz Organ-on-a-Chip-Plattform

Zugehörige Produkte und Service

Die automatisierten ImageXpress Imaging-Systeme sind die ultimative Kombination von Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Flexibilität in einer schlüsselfertigen Lösung für Ihre 2D- oder 3D-Anwendungen und können verschiedene Arten von Objektträgern und Plattenformaten aufnehmen. Unsere ImageXpress Imaging-Systeme ermöglichen eine überlegene Visualisierung dicker Proben, indem sie die Hintergrundfluoreszenz minimieren und die Schärfe erhöhen, was in einer präzisen Bildsegmentierung resultiert. Erhöhen Sie die biologische Bedeutung Ihrer Screening-Assays durch die nahtlose Integration der Aufnahme und Analyse von Zellen in einem 3D-Feld, um Volumen-, Intensitäts- und Distanzmessungen zu erzielen.