Was sind Sphäroide?
Sphäroide sind dreidimensionale (3D) Zellaggregate, die Gewebe und Mikrotumore imitieren können. In den letzten Jahren wurden wesentliche Fortschritte bei der Entwicklung von In-vitro-Aggregaten aus Tumorzellen gemacht, die als Modelle für In-vivo-Gewebeumgebungen dienen. Wenn diese Aggregate in ein Well einer Platte mit Rundboden und äußerst geringer Bindung ausgesät werden, bilden sie jeweils ein separates Sphäroid.
Von Sphäroiden wird angenommen, dass sie das Verhalten von Tumoren wirksamer nachahmen als reguläre zweidimensionale (2D)-Kulturen. Der Grund ist, dass sie, wie Tumore, sowohl an der Oberfläche exponierte als auch tief verborgene Zellen, proliferierende und nicht-proliferierende Zellen, ein sauerstoffarmes Zentrum und eine gut mit Sauerstoff angereicherte äußere Zellschicht enthalten. Solche 3D-Sphäroid-Modelle werden in Screening-Umgebungen erfolgreich eingesetzt, um die Sicherheit von Wirkstoffen besser beurteilen zu können und um potentielle Krebstherapeutika zu identifizieren.
Z-Stapel, der in einer Höhe von 250 µm durch ein Sphäroid hindurchgeht. Durch unser spezielles, tief in das Gewebe vordringendes konfokales Scheibenmodul sind wir in der Lage, in dieser Tiefe die Zellen im Zentrum des Sphäroids zu sehen.
Die Verwendung von Sphäroiden in der Krebsforschung und dem Wirkstoffscreening
Eines der wichtigsten Ziele der Krebsforschung ist es, die Bildung von Tumorzellen zu verstehen. Im Vergleich zu 2D-Zellkulturen ahmen Sphäroide solide Tumore viel genauer nach. Sie helfen dabei, die physiologischen Veränderungen aufzuzeigen, die Tumorzellen von gesunden Zellen unterscheiden. Multizelluläre Tumor-Sphäroid-Modelle gewähren tiefere Einblicke in die Mikroumgebung des Tumors und ermöglichen es Forschern, Zell-Zell-Interaktionen, die Nährstoffaufnahme und die Proliferation von Tumorzellen zu visualisieren.
Sphäroide eignen sich zudem ideal für präklinisches Wirkstoffscreening und Validierung durch die Überwachung der zellulären Reaktionen auf therapeutische Interventionen. Insbesondere können sie die Fähigkeit (oder Unfähigkeit) von Wirkstoffen zur Tumorinfiltration sowie deren hemmende Wirkung auf die Metastasierung aufzeigen.
Die Stammzellforschung stellt ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld von Sphäroiden dar, insbesondere mittels Kultivierung embryonaler (ESZ) und neuraler Stammzellen (NSZ). Kürzlich haben Forscher mesenchymale Stammzellen (MSZ) in Form von Sphäroiden kultiviert und deren regenerative und entzündungshemmende Wirkungen nachgewiesen, was ihr Potenzial für die regenerative Medizin und zellbasierte Therapien aufzeigt.
Im Vergleich zu anderen 3D-Zellkulturmethoden bieten Sphäroide mehrere Vorteile, einschließlich ihrer Relevanz für die Tumorbiologie, geringere Kosten, weniger Arbeitsaufwand als Tiermodelle, Reproduzierbarkeit sowie einfache Integration in das Hochdurchsatz-Screening und fortschrittliche Imaging-Techniken.
Arbeitsablauf zur Analyse von 3D-Sphäroiden mittels Hochdurchsatz-Screening
Das Imaging und die Analyse von Sphäroiden sind für das Verständnis der Entstehung und des Verhaltens von Tumormikroumgebungen entscheidend. Sie können auch dabei helfen, aus dem Screening für Krebsmedikamente aufschlussreichere und realistischere Daten zu erhalten. Hier haben wir Methoden zur Erzeugung von 3D-Sphäroiden sowie konfokale Imaging- und Analysemethoden für das Hochdurchsatz-Screening entwickelt und optimiert.
Sphäroide können in 96- oder 384-Well-Platten gezüchtet, mit Verbindungen behandelt und mit Farbstoffen gefärbt werden, die aktive zelluläre Prozesse und Signalwege sichtbar machen. In einigen Fällen können die Sphäroide ohne Waschen bildlich erfasst werden. Sie können auch fixiert werden, falls dies erwünscht ist.
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Sphäroide kultivieren – Krebszellen können direkt in einer Platte mit äußerst geringer Bindung (ULA, ultra-low attachment), in Rundbodenplatten oder anderen Kulturplatten kultiviert werden, um die typische Morphologie eines Sphäroids zu entwickeln. Andere Kultivierungsplatten ermöglichen es, mehrere Sphäroide in einem einzigen Well wachsen zu lassen.
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Mit Verbindungen behandeln – nachdem die Sphäroide ausgebildet sind, werden Verbindungen in den gewünschten Konzentrationen zu den Wells hinzugefügt und für einen Tag bis mehrere Tage inkubiert, je nachdem, welcher Mechanismus untersucht wird.
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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.
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Sphäroid-Abbildungen aufnehmen – mittels spezialisierter 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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Krebszellen analysieren – nutzen Sie eine Software für zelluläre Bildanalyse, um die Zellbilder quantitativ auszuwerten, um die Expression verschiedener Marker zu überwachen und um biologische Messungen zu quantifizieren.
Anwendung und Assays
Modernste 3D-Imaging- und Analysemethoden sind für die Charakterisierung, Reproduktion und Überwachung von Sphäroiden entscheidend. Ein so komplexer Arbeitsablauf kann von einer High-Content-Imaging- und Bildanalyse-Software stark profitieren. Erfahren Sie aus den unten aufgeführten Ressourcen mehr über unsere Methoden für die Sphäroid-Forschung.
Ressourcen zu Sphäroiden
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Gestalten Sie die Zukunft der Organoid-Forschung
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Krankheitsmodellierung mit zellbasierten 3D-Assays unter Nutzung eines neuartigen Flowchip-Systems und High-Content-Imaging
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Es besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung von 3D-Zellstrukturen zur Modellierung von Tumoren, Organen und Geweben, um die translationale Forschung zu beschleunigen. Hier beschreiben wir ein neuartiges automatisiertes …
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Krankheitsmodellierung mit zellbasierten 3D-Assays unter Nutzung eines neuartigen Flowchip-Systems und High-Content-Imaging
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Es war ein arbeitsreicher Jahresbeginn für das Life-Sciences-Segment von Danaher. Im Januar berichtete das Unternehmen von Erträgen in Höhe von 10,6 Milliarden USD für das Jahr 2020, was 47 % der Gesamterträge des …
Application Note
Quantifizierung des Wachstums und der Morphologie von Sphäroiden
Quantification of spheroid growth and morphology
Es besteht ein wachsender Trend, Screeningassays zu entwickeln, die dreidimensionale (3D) Zellkulturen nutzen.
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Application Note
Hochdurchsatz-Screening von 3D-Zellkulturen mit mehreren gerüstfreien Sphäroiden hoher Dichte für Krebstoxizitätsstudien
High-throughput screening of 3D cell cultures with multiple high density scaffold-free spheroids for cancer toxicity studies
3D-Spheroidmodelle gewinnen in der Krebsforschung an Beliebtheit, weil sie die Architektur des In-vivo-Gewebes, die In-vivo-Genexpression und das In-vivo-Stoffwechselprofil von Tumoren im Vergleich zu …
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Veröffentlichungen
Verbessern Sie die Aufnahme und die Analyse von 3D-Zellmodell-Assays mit Wasserimmersionsobjektiven
Improving acquisition and analysis of 3D cell model assays with water immersion objectives
Sebastian Peck ist ein Senior Product Manager für zelluläres Imaging bei Molecular Devices, einem der weltweit führenden Anbieter von bioanalytischen Hochleistungs-Messsystemen, Software und …
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Veröffentlichungen
Bahnbrechende Ansätze für Arbeitsabläufe: kombinierte Technologien für mehr Effizienz
The workflow game-changer: combined technologies for efficiency
Die mikrofluidische Flowchip-Technologie in Kombination mit dreidimensionalem (3D) Imaging ist ein leistungsstarkes Duo, das gerüstet ist, um die Zukunft der Wirkstoffentdeckung und -entwicklung zu verändern. Die Integration kombinierter Technologien …
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Veröffentlichungen
Neurowissenschaft: Überbrückung der Kluft zwischen zellbasierter Forschung und Humanforschung
Neuroscience: bridging the gap between cell-based and human research
Weltweit sind bis zu einer Milliarde Menschen von neurologischen Erkrankungen betroffen – Tendenz steigend [1]. Genau genommen sind die Erkrankungen, die das zentrale und periphere Nervensystem betreffen, einschließlich ...
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Application Note
Phänotypische Charakterisierung der Wirkung neuroaktiver Verbindungen
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Veröffentlichungen
Die 3D-Mikroskopie wird immer schneller, intelligenter und schlanker
3D Microscopy Keeps Getting Faster, Smarter, Leaner
Mit jedem Tag, der vergeht, werden kontinuierlich Fortschritte darin erzielt, welche Untersuchungen moderne Instrumente durchführen können, und die Komplexität der untersuchten Proben nimmt ebenfalls …
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Veröffentlichungen
Vom 3D-Hochdurchsatz- bis hin zum automatisierten Imaging: zelluläres Imaging ist für jedes Labor erschwinglich
From 3D high throughput to simple automated imaging: Cellular imaging within reach of every laboratory
UNSERE FÄHIGKEIT, Zellen abzubilden, hat seit den Pioniertagen von Galileo Galilei und Antonie van Leeuwenhoek große Fortschritte gemacht. Die zahlreichen, heute verfügbaren Imaging-Techniken reichen von einfachen …
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Veröffentlichungen
Welche Bedeutung das 3D-Imaging für die Entwicklung von Krebswirkstoffen hat
What 3D imaging means for cancer drug discovery
Die Suche nach einem Heilmittel für Krebs wurde als das "Moonshot“-Projekt dieses Jahrhunderts bezeichnet. Als ein leitender Wissenschaftler bei Molecular Devices weiß ich aus erster Hand, dass das Beschleunigen der Entdeckung von Krebswirkstoffen nicht nur …
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Veröffentlichungen
Den Schritt von der 2D- zur 3D-Zellkultur gehen
Making the move from 2D to 3D
Jayne Hesley arbeitet als Senior Applications Scientist for Cellular Imaging bei Molecular Devices, LLC. Sie hat mehr als 10 Jahre Erfahrung mit der Entwicklung von zellbasierten Anwendungen, die mit dem ImageXpress Micro …
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Veröffentlichungen
Revolutionierung der frühen Stadien der Wirkstoffforschung durch Modellentwicklungen für die Immunonkologie und neurodegenerative Erkrankungen
Revolutionizing early drug discovery for immuno-oncology and neurodegenerative disease modeling
Die Entwicklung von 3D-Zellmodellen von Krankheiten hat es Forschern ermöglicht, die In-vivo-Zellumgebung besser zu rekonstruieren. Mit der zunehmenden Verbreitung von 3D-Modellen in der industriellen Wirkstoffforschung …
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Veröffentlichungen
Internationale Konferenz & Ausstellung der „Society for Lab Automation and Screening“ im Jahr 2020: Labore setzen auf Automatisierung
2020 Society for Lab Automation and Screening International Conference & Exhibition: Laboratories Embrace Automation
Die „Society for Laboratory Automation and Screening“ (SLAS) hielt ihre Jahreskonferenz vom 25.–29. Januar in San Diego, Kalifornien, ab. Die Show bot Präsentationen, kurze Lehrgänge und eine Ausstellung …
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Veröffentlichungen
LabTube trifft Molecular Devices & MIMETAS
LabTube Meets Molecular Devices & MIMETAS
Molecular Devices schließt sich mit MIMETAS zusammen, um das Screening von Organoiden auszuweiten – indem Forschern Unterstützung beim Übergang vom 2D- zum 3D-Screening phänotypisch relevanter Organoide geboten wird. Bei der SLAS 2020 stellten Sie das ImageXPress …
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Veröffentlichungen
Die Bedeutung der zellulären Mikroumgebung für die Entwicklung wirksamerer Medikamente gegen komplexe Erkrankungen
The importance of the cellular microenvironment in the development of more efficient drugs against complex diseases
Das biotechnologische Start-up-Unternehmen konzentriert sich auf präklinische In-vitro-Forschung und -Entwicklung, mit Spezialisierung auf automatisiertes zelluläres Imaging: High-Content-Analyse (HCA) und High-Content- …
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Veröffentlichungen
Die Mikroumgebung und die 3D-Bildanalyse sind der Schlüssel zur Entwicklung wirksamerer Medikamente gegen komplexe Erkrankungen
Microenvironment and 3D image analysis key in the development of more efficient drugs against complex diseases
Das biotechnologische Start-up-Unternehmen konzentriert sich auf präklinische In-vitro-Forschung und -Entwicklung, mit Spezialisierung auf zelluläres Imaging: High-Content-Analyse (HCA) und High-Content-Screening (HCS) …
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Application Note
Funktionelle Bewertung der neurotoxischen und neuroaktiven Wirkung von Verbindungen in aus iPSCs gewonnenen neuronalen 3D-Cokulturen
Functional evaluation of neurotoxic and neuroactive compound effects in iPSC-derived 3D neural co-cultures
Es besteht ein wachsendes Interesse daran, komplexere, biologisch relevantere und voraussagekräftigere zellbasierte Plattformen für die Assay-Entwicklung und das Verbindungs-Screening zu nutzen.
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Veröffentlichungen
Machen Sie sich die neueste Imaging-Technologie zunutze, um Ihre Angiogenese-Forschung voranzubringen
Harnessing the latest imaging technology to advance angiogenesis research
Seit der Entdeckung, dass Tumore Angiogenese betreiben, um zu wachsen und zu überleben, versuchen Forscher, den genauen Mechanismus der Bildung neuer Blutgefäße besser zu verstehen. Diesen …
Präsentationen
Funktionelles und mechanistisches Neurotoxizitäts-Profiling mit aus iPSC stammenden neuronalen 3D-Kulturen
Functional and mechanistic neurotoxicity profiling using human iPSC-derived neural 3D cultures
Expertise in aus iPSC gewonnenen humanen neuronalen und kardialen Plattformen; Fokus auf die Anpassung von Plattformen an HTS und die Herstellung assayfertiger Lösungen zur Beschleunigung der Wirkstoffforschung; Neuronale Plattform: mocroBra …
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Application Note
Untersuchen Sie die Apoptose in durch magnetisches Bioprinting generierten HepG2-Spheroiden
Assay apoptosis in magnetically bioprinted HepG2 spheroids
Erfahren Sie, wie HepG2-Zellen unter Verwendung eines magnetischen 3D-Zellkultursystems dem Bioprinting unterzogen werden und auf dem SpectraMax i3x Platten Reader mit dem MiniMax 300 Imager abgebildet werden können.
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Application Note
Bilderfassung und -analyse von FUCCI-Spheroiden auf dem SpectraMax MiniMax Zytometer
Acquire and analyze images of FUCCI spheroids on the SpectraMax MiniMax cytometer
Spheroide sind kleine dreidimensionale (3D) zelluläre Mikroumgebungen, die durch die Verwendung von verschiedenen spezialisierten Kulturmethoden, wie Mikroplatten mit geringer Adhäsion, gezüchtet werden. Diese 3D Zellkultur gewährt einen …
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Application Note
Bewertung von Arzneimittelwirkungen auf die Physiologie von Kardiomyozyten mithilfe von kardialen Spheroiden aus humanen iPSC
Assessment of drug effects on cardiomyocyte physiology using human iPSC-derived cardiac spheroids
Zellmodelle werden zunehmend komplexer, um in-vivo-Mikroumgebungen besser nachzuahmen, und bieten eine höhere Voraussagekraft für die Wirksamkeit und Toxizität von Verbindungen. Es besteht ein stärker werdendes Interesse daran, …
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Application Note
Imaging-Assay mit mehreren Parametern zur Messung der Toxizität in einem Tumormodell
Multi-parameter imaging assay for measuring toxicity in a tumor model
Es besteht ein größer werdendes Interesse an der Verwendung von dreidimensionalen (3D) Spheroiden als Modelle für Krebs und die Biologie von Geweben, um die translationale Forschung zu beschleunigen. Das Ziel dieser Studie war die Entwicklung …
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Application Note
3D-Analyse und morphometrische Beschreibung der Auswirkung von Verbindungen auf spheroide Krebskulturen
3D analysis and morphometric characterization of compound effects on cancer spheroid cultures
Assays für zelluläre Transformation/Tumorigenität in Zellen, die in halbfesten Medien (Soft Agar oder Matrigel) kultiviert wurden, sind in der Krebsforschung mittlerweile gut etabliert.1,2,5 Der Assay erfordert …
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Application Note
High-Content 3D-Toxizitätsassay mit aus iPSC gewonnenen Hepatozyten-Spheroiden
High-content 3D toxicity assay using iPSC-derived hepatocyte spheroids
Es besteht ein größer werdendes Interesse darin, die Verwendung von dreidimensionalen (3D) Sphäroiden als Modelle für die Entwicklungs- und Gewebebiologie mit dem Ziel zu erforschen, die translationale Forschung zu beschleunigen. …
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Application Note
Konfokales Hoch-Durchsatz-Imaging von Spheroiden für das Screening von Krebstherapeutika
High-Throughput Confocal Imaging of Spheroids for Screening Cancer Therapeutics
In den letzten Jahren wurde ein wesentlicher Fortschritt in der Entwicklung von in-vitro-Aggregaten aus Tumorzellen erzielt, die als Modelle für die in-vivo-Gewebeumgebung dienen. Wenn diese Aggregate in eine Vertiefung einer …
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Application Note
3D-Imaging von Krebszellensphäroiden
3D Imaging of Cancer Cell Spheroids
Viele Krebszelllinien bilden Spheroide, wenn sie auf einer geeigneten dreidimensionalen (3D)-Matrix kultiviert werden. Von diesen Spheroiden wird angenommen, dass sie die Tumorphysiologie genauer verkörpern als Zellen …
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Veröffentlichungen
Phenotypic Assays for Characterizing Compound Effects on Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Spheroids
Phenotypic Assays for Characterizing Compound Effects on Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Spheroids
Die Entwicklung zellbasierter Assays mit höherer Komplexität, biologischer Relevanz und Voraussagekraft ist eine Hauptherausforderung des Screenings von Verbindungen in der Wirkstoffforschung. Der Schwerpunkt dieser Studie war, …
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Veröffentlichungen
Phänotypische Charakterisierung von toxischen Verbindungseffekten auf aus iPSC generierten Lebersphäroiden mittels konfokalem Imaging und dreidimensionaler Bildanalyse
Phenotypic Characterization of Toxic Compound Effects on Liver Spheroids Derived from iPSC Using Confocal Imaging and Three-Dimensional Image Analysis
Zellmodelle werden zunehmend komplexer, um die In-vivo-Mikroumgebung besser nachzuahmen, und bieten eine höhere Voraussagekraft für die Wirksamkeit und Toxizität von Verbindungen. Es besteht ein stärker werdendes Interesse daran, …
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Veröffentlichungen
High-Content-Assays zur Charakterisierung der Überlebensfähigkeit und Morphologie von 3D-Tumorsphäroidkulturen
High-Content Assays for Characterizing the Viability and Morphology of 3D Cancer Spheroid Cultures
Es besteht ein größer werdendes Interesse an der Verwendung von dreidimensionalen (3D) Sphäroiden als Modelle für Krebs und die Biologie von Geweben, um die translationale Forschung zu beschleunigen. Die Entwicklung von Assays mit höherem Durchsatz …
Videos und Webinare
Die Komplexität der Zellbiologie erfassen
Anwendung neuronaler 3D-Späroide in der Wirkstoffforschung
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