Forcyte Biotechnologies verwendet das ImageXpress 4 System, um die Durchführung von Screenings für Entdeckungen in der Mechanomedizin zu unterstützen
„Wir benötigten ein System, dass die Zellen mechanisch aktiv halten konnte, während es 384-Well-Platten schnell in 4 Kanälen aufgenommen hat – mit einem außergewöhnlichen Autofokus, der das Sichtfeld und die Auflösung sorgfältig abstimmt, um uns bei der Durchführung der weltweit größten jemals durchgeführten Wirkstoffforschungs-Screenings in der Mechanomedizin zu unterstützen.“
Ivan Pushkarsky
UNTERNEHMEN/UNIVERSITÄT
Forcyte Biotechnologies, Inc.
TEAM-MITGLIEDER
Ivan Pushkarsky, Ph.D., Mitbegründer, Geschäftsführer
Enrico Cortes, B.S., Research Associate
Yao Wang, Ph.D., Leitender Wissenschaftler
Junyi Zhao, MS, Leitender Ingenieur
VERWENDETE PRODUKTE
ImageXpress® Micro 4 High-Content-Imaging-System
Die Herausforderung
Forcyte Biotechnologies, Inc., ist ein Startup in der Wirkstoffforschung, das phänotypische Screenings auf die Kontraktionskraft von Zellen als einen Endpunkt von HTS-Assays durchführt. Das Unternehmen produziert und nutzt einzigartige Mikroplatten mit Böden aus weichem Film, in die fluoreszierende Mikromuster eingebettet sind, an die Tausende von Zellen gleichzeitig adhärieren und dann kontrahieren (oder pressen). Die optischen Messungen der Kontraktion des Mikromusters in Gegenwart eines Wirkstoffs liefert funktionelle Daten darüber, ob ein Wirkstoff die Erzeugung zellulärer Kräfte moduliert, und ermöglicht die Entdeckung neuartiger mechanisch modulierender Medizin (Mechanomedizin). Ein Wirkstoff, von dem festgestellt wird, dass er die Kraft verringert, die durch die glatten Muskelzellen der Atemwege erzeugt wird, kann zum Beispiel ein neuartiger therapeutischer Kandidat für die Behandlung von Asthma durch die Erweiterung der Bronchien darstellen. Dieser Screeningansatz ermöglicht zudem auf einzigartige Art und Weise die Target-agnostische (das Zielmolekül ist nicht bekannt) Entdeckung von Wirkstoffen für Bluthochdruck, vorzeitige Wehen, Reflexblase, Herzversagen oder jeder anderen Erkrankung, die mit einer anormalen Erzeugung von Zellkräften einhergeht (mechanische Erkrankungen).
Nachdem diese als FLECS-Platten bezeichneten Mikroplatten hergestellt wurden, die das geeignete Adhäsionsmolekül tragen, um die Adhäsion der ausgewählten Zielzellen zu fördern, und die die Steifigkeit aufweisen, die eine ausreichende Flexibilität zur Beobachtung einer Kontraktion bietet, sät Forcyte bis zu vier verschiedene zelluläre Populationen gemeinsam in jede Vertiefung der Platte aus. Unterscheidbar wird dies durch einen einzigartigen optischen Barcode, der sich aus der Anwesenheit oder Abwesenheit von 2 zytoplasmatischen Farbstoffen zusammensetzt. Die Zellen werden dann mit einem Wirkstoff inkubiert, bis es an der Zeit ist, Bilder von der Platte aufzunehmen und die Ergebnisse auf dem Bildschirm abzulesen.
Das Team benötigte ein Imaging-System, das Folgendes kann:
- Bilder einer vollständigen 384-Well-Platte schnell, in weniger als 20 Minuten pro Platte, aufnehmen
- Aufnahmen in 4 Fluoreszenzkanälen anfertigen: Mikromuster, nukleärer Farbstoff, zytoplasmatischer Farbstoff 1, zytoplasmatischer Farbstoff 2
- eine Inkubator-Umgebung aufrechterhalten, um den Verlust der mechanischen Aktivität zu verhindern
- einen außergewöhnlich hochqualitativen und schnellen Autofokus bereitstellen
- Bildaufnahmen im Terabyte-Bereich organisieren
Die Lösung
Das Ziel, 4-fache Multiplexscreenings der zellulären Kontraktion durchzuführen (in 4 verschiedenen mit optischen Barcodes versehenen humanen Zelltypen gleichzeitig), hat Forcyte mit Hilfe des Molecular Devices ImageXpress® Micro 4 Systems, das mit Umgebungskontrollen aufgerüstet wurde, erreicht. Der laserbasierte Autofokus ermöglichte ein schnelles und robustes Fokussieren auf die Mikromuster, die Zellkerne und die Zytoplasmafarbstoffe in Zeiteinheiten von Millisekunden. Gekoppelt mit der schnellen Mobilität seiner Plattform ermöglichte diese Fähigkeit die Aufnahme einer vollständigen 384-Well-FLECS-Platte in allen vier Kanälen bei ausreichenden Expositionszeiten in weniger als ~16 Minuten. Wichtig anzumerken ist, dass das System Bilder ganzer Vertiefungen (gesamter 384-Well-Bereich in einem Bild) bei ausreichender räumlicher Auflösung aufnimmt, um winzigste Unterschiede in den Veränderungen der Größe des Mikromusters beobachten zu können. Erfahren Sie auf der Forcyte Biotechnologies Website mehr über die 384-Well-FLECS-Platten.
ImageXpress® Micro 4 High-Content-Imaging-System
Verwendete Produkte
Das ImageXpress® Micro 4 High-Content Imaging System ist ein Weitwinkelmikroskop-Imaging-System, das Bilder ganzer Organismen und zellulärer oder intrazellulärer Ereignisse im Hoch-Durchsatz-Verfahren erfassen kann. Es bietet eine firmeneigene Technologie für eine schnelle Aufnahmefrequenz für Serienbilder und ermöglicht somit, schnell ablaufende biologische Prozesse, wie z. B. die Calcium-Oszillationen in Kardiomyozyten, zu erfassen. Es ist weitreichend konfigurierbar und kann an sich verändernde Forschungsbedürfnisse angepasst werden. Verfügbare Optionen umfassen konfokal, Hellfeld, Phasenkontrast, Liquid Handling und Kontrolle der Umgebungsbedingungen.
Die Ergebnisse
Forcyte hat dieses System zusammen mit Automatisierungskomponenten erfolgreich dazu genutzt, bis zu 30.000 Kombinationen an Zellwirkstoffen pro Tag zu screenen. Mit Ergebnissen, die zeigen, dass trotz der althergebrachten Meinung, dass kontraktile Signalwege über Gewebe und Zelltypen hinweg konserviert sind, Inhibitoren existieren, die die Kontraktion von Zellen hochgradig gewebespezifisch hemmen. Mit anderen Worten, durch die Nutzung dieses Systems in einem Multiplex-Format, wie in der Abbildung unten gezeigt, wurden Treffer entdeckt, die die Kontraktion in einem Zelltyp signifikant inhibieren, jedoch nicht in mindestens drei anderen. Diese Methode bringt Forcyte in die Lage, die weltgrößte mechanomedizinische Wirkstoffforschungskampagne durchzuführen. Mit integrierten Spezifitäts-Gegenscreens, hin zur Entwicklung erstklassiger Wirkstoffe für eine Reihe mechanischer Erkrankungen.
