Pulmonale (Lungen-)Organoide

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

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

1. 2D-Vorkultur – 3D-Lungenorganoide wurden aus primären humanen Lungenepithelzellen gewonnen und zwei Wochen lang in 2D expandiert.
2. 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.
3. Organoid-Kultur – Organoide wurden in verschiedenen Plattenformaten gezüchtet und dann mit Verbindungen behandelt oder mit verschiedenen Markern zur Beurteilung der Morphologie und Überlebensfähigkeit gefärbt.
4. 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.
5. 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.

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Zellbild-Galerie Lungenorganoide

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