Was ist Cell Painting?
Das Cell Painting ist ein bildbasierter High-Content-Multiplex-Assay, der für das zytologische Profiling eingesetzt wird. In einem Cell Painting Assay werden bis zu sechs Fluoreszenzfarbstoffe eingesetzt, um verschiedene Kompartimente einer Zelle zu markieren, darunter den Zellkern, das Endoplasmatische Retikulum, Mitochondrien, das Zytoskelett, den Golgi-Apparat und die RNA. Das Ziel ist, von der Zelle so viel wie möglich „anzumalen“, um ein repräsentatives Bild der gesamten Zelle zu erhalten.
Um Messwerte der Eigenschaften jeder Zelle zu gewinnen, wird eine automatisierte Bildanalyse-Software genutzt. Die Anzahl der einzigartigen Messwerte bewegt sich üblicherweise im Bereich von 100 bis 1000 pro Zelle. Die Messwerte umfassen normalerweise die Intensität, Struktur, Form, Größe sowie die Nähe zu einem Objekt in der benachbarten Struktur, und liefern so Hinweise auf die räumlichen Beziehungen zwischen den Organellen. Zusammengefasst bilden diese Messwerte das phänotypische Profil.

Zellkern
Farbstoff: Hoechst 33342

Mitochondrien
Farbstoff: MitoTracker Deep Red

Endoplasmatisches Retikulum
Farbstoff: Concanavalin A/Alexa Fluor 488-Konjugat

Nukleoli, zytoplasmatische RNA Farbstoff
Farbstoff: SYT0 14 Green Fluorescent Nucleic Acid Stain

F-Aktin-Zytoskelett, Golgi, Plasmamembran
Farbstoff: Phalloidin/Alexa Fluor 568-Konjugat, Wheatgerm Agglutinin/Alexa Fluor 555-Konjugat

Bildkomposition bestehend aus Aktin, ER (Endoplasmisches Retikulum) und den Zellkernen.
Cell Painting für phänotypisches Profiling
Das phänotypische Profil einer Zelle zeigt den spezifischen biologischen Zustand einer Zelle an. Genauer gesagt kann es dazu genutzt werden, biologische Störungen abzufragen, da die Zellmorphologie durch Faktoren wie den Stoffwechsel, den genetischen und epigenetischen Status und Umweltindikatoren beeinflusst wird. Zudem kann es genutzt werden, um gesunde Zellen im Vergleich zu kranken Zellen zu beschreiben. Da das phänotypische Profil einen Zusammenschluss einer ganzen Anzahl von Messwerten darstellt, die in Cell-Painting-Assays erhoben werden, ist es gegenüber Abweichungen oder Veränderungen dieser Eigenschaften empfindlicher. Mit anderen Worten, ein phänotypisches Profil kann bestimmte Eigenschaften der Zelle erfassen, die für das bloße Auge nicht offensichtlich sind.
In einem Interview mit dem Science Explorer erklärte Angeline Lim, Ph.D.: „Ich stelle mir das Cell Painting oder das Phänotyp-Profiling gerne als analog zur Gesichtserkennung vor. Es ist ein bisschen so, wie wenn Facebook oder iPhoto die Gesichter von Personen markiert. Sobald Sie ein Foto haben und es markieren, extrahiert die Software im Hintergrund Informationen aus dem Foto und berechnet ein Profil. Wenn ein anderes Foto auftaucht, vergleicht die Software dessen Profil mit dem des vorausgegangenen Fotos, um festzustellen, ob dies die gleichen oder unterschiedliche Fotos sind. So funktioniert das Cell Painting im Grunde. Beim Cell Painting erwarten wir vom Bildanalyse-Schritt, dass ähnliche Zellen und unähnliche Zellen, oder auch kranke Zellen und gesunde Zellen, in unterschiedlichen Clustern zusammengefasst werden. Dies findet potenziell vielerlei Anwendungen, insbesondere in der Wirkstoffforschung.“
Beispiele behandelter Zellen und phänotypischer Veränderungen
Hier ist ein Beispiel, in dem behandelte Zellen offensichtliche Veränderungen ihres Phänotyps zeigen – nur drei der fünf Wellenlängen sind in dieser Bildkomposition gezeigt: Zellkerne in Blau, Endoplasmatisches Retikulum in Grün, Aktin und Golgi in Rot.

Kontrolle, unbehandelte Zellen.

Mit Rotenon, ein in Insektiziden häufig verwendetes Toxin, behandelte Zellen. Von Rotenon ist ebenfalls bekannt, dass es die mitochondriale ATP-Produktion hemmt und von dem gezeigt wurde, dass es in verschiedenen Krebszellen eine anticancerogene Aktivität aufweist.

Mit Chloroquin behandelte Zellen. Chloroquin wurde ursprünglich für die Behandlung von Malaria entwickelt.
Allgemeiner Arbeitsablauf eines Cell-Painting-Assays
Ein Vorteil des Cell-Painting-Assays ist, dass sein Arbeitsablauf zu denjenigen gehört, die vielen Biologen vertraut sind. Als Erstes plattieren Sie Ihre Zellen aus. Als Nächstes lösen Sie eine bestimmte Art der Störung aus. Diese kann chemisch oder genetisch sein (z. B. Zugabe einer Verbindung, kleiner Moleküle oder einer RNAi-Bibliothek). Nach einer geeigneten Inkubationszeit werden die Zellen mit einem Set von Cell-Painting-Farbstoffen gefärbt. Es ist auch möglich, andere Farbstoffkombinationen zu verwenden, die für Ihren speziellen Assay geeigneter sind.
Nachdem die Zellen „angemalt“ wurden, werden Aufnahmen der Zellen mit einem High-Content-Imager wie unserem ImageXpress® Confocal HT.ai, der neuesten Ergänzung unseres Portfolios an High-Content-Imaging-Systemen, erfasst. Eine automatisierte Bildanalyse-Software wie unsere MetaXpress® oder unsere IN Carta Image Analysis Software wird zur Extraktion von Eigenschaften angewendet, wobei Zellen und deren Zellkomponenten identifiziert und vermessen werden. Zuletzt werden die Messungen mittels verschiedener Datenanalyse-Werkzeuge weiter verarbeitet, um phänotypische Profile zu erzeugen und zu vergleichen, um Cluster-Analysen durchzuführen und um Ziele zur Ableitung morphologischer Profile zu identifizieren.
- Plattieren Sie die Zellen in Kulturplatten aus (384-Well-Platten)
- Behandeln Sie die Zellen mit chemischen oder genetischen Störeinflüssen (z. B. RNAi, CRISPR/Cas9) oder mit Viren.
- Färben Sie die Zellen mit Fluoreszenzfarbstoffen (z. B. Hoechst, Phalloidin, MitoTracker).
- Erfassen Sie Aufnahmen der Zellen mit einem High-Content-Imaging-System.
- Analysieren Sie die Zellbilder, um Eigenschaften und Messwerte mittels einer automatisierten Bildanalyse-Software zu extrahieren.
- Leiten Sie morphologische Profile aus den Messwerten ab.
Erfahren Sie mehr über das Cell Painting
Cell Painting entwickelt sich aufgrund seiner vielen wichtigen potenziellen Anwendungen zu einem wertvollen Werkzeug, insbesondere in der Wirkstoffforschung. Erfahren Sie, wie Sie die Fähigkeiten des High-Content-Imaging optimieren und führen Sie Multiplex-Assays durch, indem Sie die vorkonfigurierten oder benutzerdefinierten Module der MetaXpress Software nutzen, um ein datenreiches Phänotyp-Profil zu erzielen.
Ressourcen für das Cell Painting
Broschüre
StratoMineR
StratoMineR
Die StratoMineR™ Software von Core Life Analytics hilft Biologen bei der Auswertung komplexer Daten, die bei der Analyse von High-Content-Imaging-Aufnahmen erzeugt wurden. Ein wirkungsvoller intuitiver Arbeitsablauf ermöglicht es Nutzern, Daten, die …
Wissenschaftliche Poster
Auf Cell Painting basierendes phänotypisches Profiling
Phenotypic profiling based on the Cell Painting assay
Multiparametrische High-Content-Screening-Ansätze wie der Cell-Painting-Assay kommen in zunehmend mehr Anwendungen zum Einsatz, von Wirkstoffforschungsprogrammen bis hin zu Screens …
Application Note
Labelfreie Zellsegmentierung mit dem IN Carta SINAP Application Module
Label-free cell segmentation with IN Carta SINAP application module
Die labelfreie Zellanalyse bietet eine bessere Alternative als die Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffen, da sie es Wissenschaftlern ermöglicht, lebende Zellen unter nahezu natürlichen Bedingungen abzubilden – die Untersuchung biologischer Prozesse…
Blog
Konstruktion von Next-Generation-Organoiden mit automatisierten Laborabläufen auf der #SLAS2022
Engineering Next-gen Organoids with Automated Lab Workflows at #SLAS2022
Die SLAS2022, die Konferenz der „Society for Lab Automation and Screening“, bot eine weitere spannende Jahreskonferenz, bei der man sich über innovative Labortechnologien informieren konnte. Egal, ob Sie persönlich teilgenommen haben …
Application Note
Verbesserung der Robustheit des Cell Paintings mithilfe einer Nahinfrarot-Markierung und fortschrittlicher Bild- und Datenanalytik
Improving the robustness of Cell Painting with a near-infrared label and advanced image and data analytics
Bildbasierte Ansätze für das Phänotyp-Profiling, wie der weit verbreitet angewendete Cell Painting Assay, nutzen das High-Content-Imaging zusammen mit Multiparameter-Messungen, um biologische, genetische und …
Wissenschaftliche Poster
Automatisierung und High-Content-Imaging von Assays für das Verbindungs-Screening mithilfe von 3D- …
Automation and high content imaging of 3D triple-negative breast cancer patient-derived
Der dreifach negative Brustkrebs ist ein klinisch aggressiver Tumor-Subtyp mit hohen Metastase-, Rückfall- und Wirkstoffresistenz-Raten. Derzeit sind keine klinisch zugelassenen gezielten Therapien mit …
Wissenschaftliche Poster
Verbesserung der Robustheit des Cell Paintings mithilfe einer Nahinfrarot-Markierung und fortschrittlicher Bild- und Datenanalytik
Improving the robustness of Cell Painting with a near-infrared label and advanced image and data analytics
Bildbasierte Ansätze des Phänotyp-Profilings, wie der weit verbreitet angewendete Cell Painting Assay, nutzen das High-Content-Imaging zusammen mit Multiparameter-Messungen, um biologische, genetische und …
Blog
Stammzellforschung – Einsichten und bahnbrechende Erfolge, die auf der #ISSCR2021 präsentiert wurden
Stem cell science insights and breakthroughs presented at #ISSCR2021
Falls Sie nicht die Gelegenheit hatten, uns bei unseren Posterpräsentationen während der ISSCR 2021 zu besuchen – kein Problem. Wir haben alle unsere Präsentationen hier für Sie zusammengestellt. Die ISSCR-Jahrestagung brachte …
Wissenschaftliche Poster
Organoide für die Krankheitsmodellierung und das In-Vitro-Wirkstoffscreening
Organoids for disease modeling and in vitro drug screening
3D-Zellmodelle, die viele verschiedene Gewebe repräsentieren, wurden erfolgreich verwendet, um komplexe biologische Effekte, die Gewebearchitektur und die Funktionalität zu erforschen. Jedoch stellt die Komplexität von 3D-Modellen …
Wissenschaftliche Poster
Überwachung der Organoid-Entwicklung und Charakterisierung der Calcium-Oszillation in aus iPSC abstammenden 3D-Gehirn-Organoiden
Monitoring organoid development and characterization of calcium oscillation activities in iPSC-derived 3D cerebral organoids
Gehirn-Organoide stellen eine sich schnell entwickelnde Technologie dar, die ein großes Potential für das Verständnis der Entwicklung des Gehirns und neuronaler Erkrankungen mit sich bringt. Sie können zudem zur Testung der Wirksamkeit von Verbindungen …
Wissenschaftliche Poster
Hochdurchsatz-Bestimmung von durch Verbindungen induzierten pro-arrhythmischen Effekten in aus iPSC gewonnenen humanen Kardiomyozyten
High-throughput assessment of compound-induced pro-arrhythmic effects in human IPSC-derived cardiomyocytes
Die Entwicklung biologisch relevanter und vorhersagekräftiger zellbasierter Assays zum Screening von Verbindungen und die Bestimmung der Toxizität ist eine Hauptherausforderung bei der Wirkstoffforschung. Der Schwerpunkt dieser Studie war, …
Wissenschaftliche Poster
Deep-Learning-basierte Bildanalyse für die labelfreie Live-Überwachung von iPSC- 3D-Organoid-Kulturen
Deep learning-based image analysis for label-free live monitoring of iPSC 3D organoid cultures
Komplexe biologische 3D-Modelle wie Organoide oder von Patienten gewonnene Sphäroide gewinnen in zahlreichen biomedizinischen Forschungsgebieten zunehmend an Popularität, da sie die In-Vivo- …
Veröffentlichungen
Projektprofil: Organoid Innovation Center
Project Profile: Organoid Innovation Center
Der Lab Manager spricht mit Dan O’Connor, Vice President, Drug Discovery, Molecular Devices, über das Organoid Innovation Center des Unternehmens in San Jose, CA. Das Center ist 180 Quadratfuß groß und liegt …
Blog
Tipps für die Durchführung eines erfolgreichen Imaging-Experiments mit lebenden Zellen
Tips for running a successful live cell imaging experiment
Im Verlauf der letzten Jahrzehnte wurden signifikante Fortschritte in der Mikroskopie- und Kameratechnologie gemacht, ebenso wie Fortschritte in den Technologien zur Markierung von zu untersuchenden Molekülen. Diese …
Veröffentlichungen
Gestalten Sie die Zukunft der Organoid-Forschung
Shaping the Future of Organoid Research
Molecular Devices, ein Anbieter innovativer Life-Science-Technologie, hat vor Kurzem ein brandneues, einzigartiges Organoid Innovation Center vorgestellt. Mit Sitz im weltweiten Firmenhauptsitz …
Blog
Meistern Sie die Herausforderungen der High-Content-Zellanalyse mit KI/maschinellem Lernen
Overcome the challenges of high-content cell analysis through AI/machine learning
Die künstliche Intelligenz (KI) erobert viele Aspekte des modernen Lebens, von autonom fahrenden Autos bis hin zu sprachgesteuerten persönlichen Assistenten und sogar in der Gestaltung von Kunst. Es ist jedoch …
Wissenschaftliche Poster
Automatisierte zellbasierte 3D-Assays, die ein neuartiges Flowchip-System und das High-Content-Imaging nutzen
Automated 3D cell-based assays using a novel flow chip system and high-content imaging
Es besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung von 3D-Zellstrukturen zur Modellierung von Tumoren, Organen und Geweben, um die translationale Forschung zu beschleunigen. Wesentliche Fortschritte wurden bei …
Wissenschaftliche Poster
Neuartige Assay-Methoden für von Krebspatienten stammende Organoide
Novel assay methods for cancer patient derived organoids
In den letzten Jahren sind Forscher von 2D-Assays auf komplexere 3D-Zellmodelle umgestiegen, da diese nachweislich die In-vivo-Umgebung nachahmen und als ein voraussagekräftigeres …
Blog
Wie das Cell Painting die Wirkstoffforschung prägt
How Cell Painting is making its mark on drug discovery
Haben Sie jemals das alte Sprichwort gehört: „Ein Bild sagt mehr als tausend Worte“? Wenn es um das Cell Painting geht, ist dieser Spruch ganz besonders wahr. Das Cell Painting ist ein High-Content-, …
Veröffentlichungen
Danahers Geschäftsbereiche SCIEX und Molecular Devices stellen neue Produkte vor
Danaher’s SCIEX and Molecular Devices Businesses Debut New Products
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 …
Wissenschaftliche Poster
Einsatz einer Laser-Lichtquelle für das automatisierte High-Content-Imaging
Using a laser light source for high-content automated imaging
In dieser Studie demonstrieren wir Verbesserungen in der Assay-Empfindlichkeit, Präzision sowie der Aufnahmegeschwindigkeit mithilfe einer neuen Konfiguration des ImageXpress® Confocal HT.ai High-Content Imaging System …
Wissenschaftliche Poster
Auf Cell Painting basierender, vereinfachter Arbeitsablauf für das phänotypische Profiling
Simplified workflow for phenotypic profiling based on the Cell Painting assay
Multiparametrische High-Content-Screening-Ansätze wie der Cell-Painting-Assay kommen in zunehmend mehr Anwendungen zum Einsatz, von Wirkstoffforschungsprogrammen bis hin zu Screens …
Wissenschaftliche Poster
Lungenorganoide als ein Assay-Modell zur In-vitro-Beurteilung der Toxizitätseffekte mittels 3D-High-Content-Imaging und Analyse.
Lung organoids as an assay model for in vitro assessment of toxicity effects by 3D high-content imaging and analysis
Organoid-Modelle haben in der biologischen Forschung und dem Screening zunehmend an Beliebtheit gewonnen, um die Komplexität echter Gewebe wiederzugeben. Um den In-vivo-Zustand der menschlichen Lunge zu modellieren, haben wir primäre …
Application Note
Verbessern Sie die Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und Qualität für komplexe biologische Assays
Improve sensitivity, speed, and assay quality for complex biological assays
Hier demonstrieren wir Verbesserungen in der Assay-Empfindlichkeit, der Assay-Qualität und der Assay-Geschwindigkeit mithilfe des laserbasierten ImageXpress® Confocal HT.ai High-Content Imaging Systems.
Application Note
High-Content-Phänotyp-Profiling mithilfe des Cell-Painting-Assays
High-content phenotypic profiling using the Cell Painting assay
Hier demonstrieren wir den vollständigen Arbeitsablauf eines Cell-Painting-Assays, der ganz einfach unter Verwendung des ImageXpress Micro Systems und der Bildanalyse-Software mit der Fähigkeit zu maschinellem Lernen durchgeführt werden kann
Quellennachweise
Cell Painting, ein bildbasierter High-Content-Multiplex-Assay für das morphologische Profiling unter Verwendung mehrerer Fluoreszenzfarbstoffe
Cell Painting, a high-content image-based assay for morphological profiling using multiplexed fluorescent dyes
Beim morphologischen Profiling werden quantitative Daten aus Mikroskopaufnahmen von Zellen extrahiert, um biologisch relevante Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Proben auf Grundlage dieser Profile …
Blog
Life-Science-Technologie-Prognosen für 2021
Life sciences technology predictions for 2021
Seit über 30 Jahren steht Molecular Devices an der Spitze der technologischen Fortschritte, die signifikant zu bahnbrechenden wissenschaftlichen Erfolgen beigetragen haben. Zum Auftakt des neuen Jahres haben wir …
Blog
Lernen Sie unseren Field Applications Scientist kennen: Kayla Hill
Get to know our Field Applications Scientist: Kayla Hill
Kayla Hill diskutiert die neuesten Trends des zellulären Imaging. Vor kurzem haben wir ein Webinar mit unserem Field Applications Scientist, Kayla Hill, Ph.D., veranstaltet, in dem die High-Content-Analyse …
Veröffentlichungen
Imaging-System produziert Morphologie-Daten menschlicher Zellen für die COVID-19-Forschung
Imaging system produces human cellular morphological data for COVID-19 research
In der Bestrebung, die zellulären Antworten bei COVID-19 besser zu verstehen, hat Recoursion, ein Unternehmen für digitale Biologie, das weltweit größte Imaging-Datenset öffentlich gemacht, das therapeutische …
Datenblatt
MetaXpress Software Anwendungsmodul für Zellauswertung mit Multiwellenlänge
MetaXpress Software Multi-Wavelength Cell Scoring Application Module
Das Datenblatt für die Zellauswertung mit Multiwellenlänge beschreibt das MetaXpress Anwendungsmodul, das eine Anzahl von zusätzlichen Zelle-für-Zelle-Messungen, inklusive der Zählung pro Wellenlänge, durchführt.
Datenblatt
MetaXpress Software Anwendungsmodul für Translokation mit Multiwellenlänge
MetaXpress Software Multi-Wavelength Translocation Application Module
Das Translokations-Modul mit Multiwellenlänge ist dafür konzipiert, mehrere Proben zur Translokationsmessung in einem einzigen Assay zu kombinieren oder zu multiplexen. Erkunden Sie dieses Dokument, um mehr zu erfahren.
Application Note
Multiplex-High-Content-Lebertoxizitäts-Assays mit aus iPSC gewonnen Hepatozyten
Multiplexed high-content hepatotoxicity assays using iPSC-derived hepatocytes
Durch Wirkstoffe ausgelöste Lebertoxizität ist eine wesentliche Ursache für Leberschäden und akutes Leberversagen. Daher sind voraussagekräftige Assays für das Testen der Sicherheit und Wirksamkeit äußerst wichtig, um die …