Pulmonale (Lungen-)Organoide
High-Throughput-High-Content-Screening von 3D-Lungenorganoiden zur Krankheitsmodellierung und Toxizitätsbewertung
Pulmonale (Lungen-, Atemwegs-) Organoide
Lungen-Organoidkulturen sind 3D-Mikrogewebemodelle, die die morphologischen und funktionellen Eigenschaften der Atemwege nachbilden. Sie können aus primären menschlichen Lungenepithelzellen in extrazellulärer Matrix (EZM) mit Wachstumsfaktoren erzeugt werden. Die Zellen können sich selbst zu einem mehrschichtigen Lungenepithel zusammensetzen, das aus verschiedenen Zellpopulationen besteht.
Lungenorganoide weisen charakteristische Merkmale der menschlichen Atemwege auf, z. B. die Alveolarstruktur, die Schleimsekretion, den Zilienschlag und die Regenerationsfähigkeit. Diese biologische Relevanz ermöglicht die Untersuchung von Reparatur- / Regenerationsmechanismen bei einer Lungenschädigung und von phänotypischen Veränderungen bei Lungenkrankheiten. Lungen-Organoide können auch zur Beurteilung der Toxizität oder für Wirkstofftests eingesetzt werden.
Da Lungenorganoide hohl sind, mit einem Lumen und Hohlräumen im Inneren, können sie leicht von Licht durchdrungen werden. Dadurch sind sie mit biologischen 3D-Assays kompatibel und eignen sich für das konfokale Imaging, das eine quantitative Charakterisierung des Zellinhalts, eine Lebendig-Tot-Beurteilung sowie eine Untersuchung der Zellen auf bestimmte Marker ermöglicht.
Automatisierte Zellkultivierung, automatisiertes Imaging und automatisierte Analyse komplexer biologischer Systeme
Sehen Sie sich unser kurzes Video mit Dr. Oksana Sirenko, Senior Scientist, an, in dem sie ein automatisiertes integriertes System beschreibt, das eine automatisierte Überwachung, Wartung und Beschreibung des Wachstums sowie der Differenzierung von Stammzellen und Organoiden ermöglicht und sowie die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Verbindungen.
Methoden für eine erfolgreiche Automatisierung und fortschrittliches High-Content-Imaging zur Erhöhung des Durchsatzes in drei komplexen Arbeitsabläufen werden demonstriert: iPSC-Kultur, 3D-Lungenorganoide und Darmorganoide.
Automatisierung von 3D-Lungenorganoid-Kulturen und Versuchsprotokolle
Lungenorganoide können mithilfe automatisierter Arbeitsabläufe kultiviert und überwacht werden. Das unten dargestellte automatisierte integrierte System umfasst das ImageXpress Confocal HT.ai System und die Analysesoftware, den automatisierten Inkubator, den Biomek Liquid Handler und ein Robotik-Instrument. Eine auf maschinellem Lernen basierende Bildanalyse kann die Zunahme des Durchmessers, der Fläche, der Dichte und der Anzahl an Objekten nachverfolgen. Die fortschrittliche Bildanalyse ermöglicht die 3D-Rekonstitution und die komplexe Analyse von Organoiden, einschließlich der Zellmorphologie, der Lebensfähigkeit und von Differenzierungsmarkern.
Versuchsprotokoll für Lungenorganoide
- 2D-Vorkultur – 3D-Lungenorganoide wurden aus primären humanen Lungenepithelzellen gewonnen und zwei Wochen lang in 2D expandiert.
- Entwicklung von 3D-Organoiden – Anschließend wurden die Zellen in 90 % Matrigel-Kuppeln mit Reagenzien ausgesät. Die Zellen bildeten 3D-Organoide und wurden zwei Wochen lang jeden zweiten Tag mit Aussaatmedien gefüttert und dann weitere sechs Wochen differenziert.
- Organoid-Kultur – Organoide wurden in verschiedenen Plattenformaten gezüchtet und dann mit Verbindungen behandelt oder mit verschiedenen Markern zur Beurteilung der Morphologie und Überlebensfähigkeit gefärbt.
- Überwachung des Organoidwachstums und der Organoidentwicklung – Das Organoidwachstum und die Organoidentwicklung wurden im Matrigel mittels Durchlicht-Imaging oder mittels Hoechst-Färbung überwacht, um eine Beurteilung der Größe, des Volumens und der Komplexität der Organoide zu ermöglichen.
- Konfokales Imaging und 3D/KI-Analyse – Konfokales Imaging ermöglichte in Kombination mit einer 3D-Analyse die quantitative Beschreibung des zellulären Inhalts sowie die Auszählung und Messung von Zellen mit verschiedenen Phänotypen innerhalb der Organoide (Zellzahl, Lebend-Tot-Beurteilung, Zellauswertung auf spezifische Marker usw.). Das Modell kann für die Toxizitätsbeurteilung pharmazeutischer Wirkstoffe und anderer Verbindungen angewendet werden.
Für unsere Labor-Automatisierungslösungen für das High-Throughput-High-Content-Screening werden Wissenschaftler und Techniker mit einbezogen, die unsere Instrumente benutzerdefiniert anpassen und ganze Arbeitsabläufe so automatisieren können, dass sie den speziellen Bedürfnissen Ihres Assays, Protokolls oder der von Ihnen angewendeten Methode gerecht werden. Von Inkubatoren, Liquid-Handlern und Robotersystemen bis hin zu benutzerspezifisch angepasster Software und Hardware – und mit über 35 Jahren Erfahrung in der Life-Science-Industrie – Sie können darauf zählen, dass wir Ihnen Qualitätsprodukte liefern und weltweit technische Unterstützung bieten.
Ausgewählte Assays
Lungen-Organoide als Krankheitsmodell zur Beurteilung der Toxizität mittels 3D-High-Content-Imaging und -Analyse
In dieser Anwendung wurden primäre humane Lungenepithelzellen kultiviert, um Modelle der menschlichen Lunge durch die Erzeugung von 3D-Lungenorganoiden zu generieren. Die Zellen innerhalb der Organoide organisieren sich selbst in komplexe Strukturen, die Cluster von Epithelzellen verschiedenster Herkunft beinhalten.
Zur Überwachung des Wachstums und der Differenzierung der Lungenorganoide wurde ein High-Content-Imaging durchgeführt. Die 3D-Rekonstruktion ermöglichte eine weitere komplexe Analyse der Organoidstruktur. Innerhalb der Organoide können auch die Zellmorphologie, der Status der Überlebensfähigkeit und die Expression verschiedener zellulärer Marker bestimmt werden.
Zellbild-Galerie Lungenorganoide
Bildanalyse eines Organoids
Lungenorganoide
Lungenorganoide 2
Automatisiertes Imaging lebender Organoide in Matrigel, durchgeführt mittels konfokaler Option bei 4x oder 10x Vergrößerung
Hochkomplexe Lungenorganoide
Darmorganoide, dTomato-gefärbte Zellen in Rot, Nachweis doppelt-positiver (mNeon-gefärbter) Zellen in Grün.
Intern exprimierte Gene, dTomato in Magenta, mNeon in Grün, 10x.
Darmorganoid, 40x, dTomato, Zellzahlbestimmung.
Lungenorganoid, 10x und 20x, Mehrfachfärbungen, Hoechst, MitoTracker.
Lungenorganoide, Projektionsbild und ein Panel mit Z-Stapel; lebend gefärbt mit Hoechst (blau, Zellkerne), MitoTracker (rot, Mitochondrien) und Calcein AM (grün, Lebendzellfarbstoff); 20x Wasserimmersion.
Lungenorganoide 3
Lungenorganoide 4
Lungenorganoide aus Atemwegsepithelzellen der Lunge, kultiviert in Matrigel-Kuppeln für 8 Wochen.
Organoid-Analyse mittels Multiplex-Zellauswertung
Organoid-Analyse mittels Multiplex-Zellauswertung 2
Entwicklung von Organoiden
Neueste Ressourcen zur Organoidforschung
Die Komplexität von 3D-Assays ist nach wie vor ein Hindernis für die weit verbreitete Anwendung von Organoidmodellen für die Forschung und das Wirkstoffscreening. Neue fortschrittliche Imaging- und Analyse-Werkzeuge sowie die Automatisierung der Assays sind für die Verbesserung der Informationsqualität, des Durchsatzes und der Präzision komplexer biologischer Modelle entscheidend. Erfahren Sie, wie das High-Throughput-High-Content-Imaging und dessen Analyse zusammen mit KI-basierten Analysewerkzeugen die Genauigkeit Ihrer Organoidforschung verbessern können.