Organoide

Was sind Organoide?

Organoide gewinnen in den Feldern der Krebsforschung, Neurobiologie, Stammzellforschung und Wirkstoffforschung zunehmend an Bedeutung, da sie eine verbesserte Modellierung humaner Gewebe ermöglichen. Da sie aus Stammzellen erzeugt werden, können Organoide in ein großes Spektrum an Gewebetypen differenziert werden, darunter Leber-, Lungen-, Gehirn-, Nieren-, Magen- und Darmgewebe. Weil diese 3D-Mikrogewebe In-vivo-Organe imitieren, können sie Forschern größere Einblicke in die Mechanismen der menschlichen Entwicklung und von Erkrankungen bereitstellen. Forscher können zum Beispiel Organoide aus genetisch modifizierten Zellen dazu heranziehen, herauszufinden, wie bestimmte Genmutationen mit bestimmten genetischen Erkrankungen zusammenhängen. Organoide können zudem die Untersuchung von Infektionserkrankungen und Wirt-Pathogen-Interaktionen ermöglichen. Und zu guter Letzt werden Forschern durch die Möglichkeit, von Patienten gewonnene Organoide für Wirkstoffscreenings und Toxizitätsbeurteilungen zu verwenden, weitere Fortschritte in der personalisierten Medizin ermöglicht.

Allgemeiner Workflow für die Kultivierung und das Screening von Organoiden

Aufgrund der zunehmenden Komplexität von Organoiden und anderen 3D-Zellsystemen sind noch höher entwickelte Techniken für das 3D-Imaging und die Analyse erforderlich, um diese biologischen Strukturen genau und effizient zu beschreiben. Heutzutage werden automatisierte konfokale Imaging-Systeme und 3D-Bildanalyse-Software weitverbreitet genutzt, um Forschern die Optimierung ihres Arbeitsablaufs zu ermöglichen und zu optimalen Ergebnissen zu verhelfen.

Schritt 1) 2D-Vorkultur

Organoide werden entweder aus primären Zellen (d. h. Darm, Lunge oder Niere) oder aus induzierten pluripotenten Stammzellen erzeugt. Stammzellen sind in der Lage, zu differenzieren und sich selbst zu einer Vielfalt von spezifischen Organoiden zusammenzulagern.

Schritt 2) 3D-Organoide entwickeln

Üblicherweise werden die Zellen mit Matrigel vermischt und Tropfen dieses Gemischs bei Raumtemperatur in eine 24-Well-Platte gesetzt. Die Platten werden dann in einen Inkubator gestellt, um feste Tropfenkuppeln zu bilden. Anschließend werden für sieben oder mehr Tage Medien hinzugegeben, um das Zellwachstum und die Differenzierung zu einem spezifischen Gewebe zu fördern (Gehirn, Darm, Lunge, etc.). Die Medien enthalten Proteine der extrazellulären Matrix (EZM) und verschiedene Wachstumsfaktoren, die variieren, je nachdem, welches Gewebe erzeugt wird.

Schritt 3) Organoid-Kultur

Eine Organoid-Kultur ist ein langwieriger Prozess und umfasst möglicherweise einige Kultivierungsschritte mit unterschiedlichen Medien. Im Verlauf dieses Prozesses muss die Gesundheit der Zellen mit Methoden überwacht werden, die normalerweise zum Nachvollziehen der Entwicklungsbiologie und zum Verständnis von Geweben herangezogen werden (Imaging).

Schritt 4) Überprüfung und Messungen

Bevor Experimente durchgeführt werden, müssen die Organoide überprüft und charakterisiert werden, um sicherzustellen, dass sie die richtige Gewebestruktur und Differenzierung aufweisen. High-Content-Imaging ermöglicht die Überprüfung und Visualisierung des Wachstums und der Differenzierung von Organoiden, die 3D-Rekonstruktion der Strukturen, komplexe Analysen der Organoidstruktur, Zellmorphologie und -überlebensfähigkeit sowie der Expression verschiedener Zellmarker.

Schritt 5) Konfokales Imaging und 3D-Analyse

Das konfokale Imaging und die 3D-Analyse von Organoiden ermöglichen die Visualisierung und Quantifizierung der Organoide und der Zellen, die das Organoid bilden. Die Charakterisierung mehrerer quantitativer beschreibender Merkmale von Organoiden kann angewendet werden, um Krankheitsphänotypen und Verbindungseffekte zu erforschen.

Konfokales Imaging und 3D-Bildanalyse von Organoiden

Organoide sind zur Krankheitsmodellierung und zur Beurteilung von Verbindungseffekten sehr nützlich. Das automatisierte Imaging und die automatisierte Analyse von Organoiden sind zur quantitativen Beurteilung von phänotypischen Veränderungen in Organoiden von Bedeutung, ebenso wie für die Erhöhung des Durchsatzes von Experimenten und Tests.

Konfokales Imaging, wie mit dem ImageXpress® Confocal HT.ai System mit Hochleistungs-Lasern und Wasserimmersionsobjektiven, sind für die Erfassung der Komplexität von biologischen 3D-Assays besonders nützlich. Im Gegensatz zu typischen Sphäroiden, die wie solide Objekte erscheinen und lediglich eine limitierte Lichtdurchlässigkeit aufweisen, erscheinen manche 3D-Organoide wie Lungen-Organoide hohl, mit einem Lumen oder einem Hohlraum im Inneren, und sie können einfacher von Licht durchdrungen werden, was es ermöglicht, Bilder durch die Mikrogewebe „hindurch“ aufzunehmen.

Zellbild-Galerie Lungenorganoide

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