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Die Universität Zürich verwendet das ImageXpress Widefield System, um Wirt-Pathogen-Interaktionen zu untersuchen

„Wir mussten in der Lage sein, auf eine automatisierte und Screening-kompatible Art und Weise die fluoreszente virale Plaquebildung zusammen mit zahlreichen anderen ausgewählten Markern aufzunehmen und schnell zu quantifizieren“

Gruppe von Prof. Dr. Urs Greber, Institut für Molekulare Biologie, Universität Zürich, Schweiz

Vardan Andriasyan

Fanny Georgi

Robert Witte

Luca Murer

Dr. Artur Yakimovich (jetzt am MRC Laboratory for Molecular Cell Biology, University College London)

ImageXpress Micro Confocal High-Content Imaging System

ImageXpress Micro XLS Widefield High-Content Imaging System

Die Herausforderung

An der Universität Zürich sind Forscher an den späten Ereignissen interessiert, die in menschlichen Zellen auftreten, die von replizierenden Pathogenen, wie zum Beispiel Viren, infiziert sind. Typische Ereignisse sind beispielsweise das Abstoßen („Shedding“) der neu synthetisierten Nachkommenschaft des Pathogens und deren Verbreitung in nicht-infizierte Wirtszellen. Ihr Ziel ist es aufzudecken, wie Viren die Kontrolle über die Funktionen und Dynamik von Membranen und Lipiden, Transportprozessen im Zytoplasma und über den Stoffwechsel übernehmen, um die Expression ihrer eigenen Gene, Bildung von Nachkommen und letztendlich die Verbreitung zwischen Zellen sicherzustellen. Die Forschung konzentriert sich dabei auf Adenoviren und Rhinoviren, die beide Atemwegserkrankungen im Menschen verursachen.

Einer der ersten quantitativen Assays, der in der Virologie entwickelt wurde, war der Plaque-Assay. Dieser wurde ursprünglich von Renato Dulbecco entwickelt und misst die Ausbreitung infektiöser Partikel über einen Monolayer von Zellen. Eine der Einschränkungen dieses Assays ist jedoch der geringe Durchsatz. Deshalb wollte das Team diesen Assay verbessern, indem es eine breit anwendbare, fluoreszente, auf Mikroskopie basierende Hoch-Durchsatz-Methode entwickelt, mit der pathobiologische Eigenschaften klonaler Zellen aufgedeckt werden können.

Die Universität Zürich verwendet das ImageXpress Widefield System

Die Lösung

Zum Imaging und zur Analyse infizierter Zellen verwendet die Gruppe ein ImageXpress® Confocal System sowie ein ImageXpress Widefield System. Mithilfe dieser Instrumente und zusammen mit einer Bildanalyse-Software entwickelte die Gruppe hausintern eine Methode, die den klassischen Plaque-Assay auf eine ganz neue Ebene erhob – und sie nannten ihn Plaque2.0.

Die Gruppe kombiniert hochmoderne Labormethoden mit Bildgebung und Werkzeugen zur Bild- und Datenanalyse sowie Computer-Simulationen zur Visualisierung, Messung und Vorhersage von Strategien, die verschiedene Pathogene nutzen, um ihr Überleben und ihre Reproduktion auf Kosten ihres Wirts sicherzustellen.

„Was wir an unseren ImageXpress Systemen besonders schätzen, ist die Kombination aus Flexibilität und Zuverlässigkeit. Sie sind die Arbeitspferde unserer Gruppe“, erklärt Vardan Andriasyan.

Das Ergebnis

Die Anwendung von High-Content-Imaging zur Verbesserung des klassischen Plaque-Assays ermöglicht es der Gruppe, virale Plaquebildung zusammen mit zahlreichen anderen ausgewählten Markern auf eine automatisierte und Screening-kompatible Art und Weise abzubilden und schnell zu quantifizieren.

Durch die Analyse zellulärer Viren-induzierter Ereignisse mit dem ImageXpress Confocal und dem Widefield System können sie die Veränderungen der Phänotypen untersuchen, die während einer Infektion auftraten. Multiparametrische Messungen umfassen die Infektionsdichte, Intensität, räumliches Ausmaß, Form oder Lage auf der Ebene einzelner Plaques oder Populationen. Das Team wendet sowohl das Lebendzell- als auch das Endpunkt-Imaging von Zellen und Viren an und kombiniert dies mit biochemischen Analysen und numerischen Modellen.

Die Gruppe ist überzeugt, dass ihre Forschung neue Einsichten in die molekularen Mechanismen bringen wird, die den Zellfunktionen und den Infektionsprozessen zugrunde liegen, und dass sie so eine Basis für die Anwendung von Viren in der klinischen Forschung und Biotechnologie schaffen. Dies könnte die Entwicklung neuer antiviraler Stoffe ermöglichen.

Die zusammengesetzte fluoreszenzmikroskopische Abbildung unten (nicht maßstabsgerecht) stellt die Bildung von Plaques nach einer Infektion von kultivierten Zellen mit dem Adenovirus (blaue Zellen), Vacciniaviren (orange, grün) und dem Herpesvirus (magenta) dar. Die Abbildungen wurden mit dem ImageXpress Micro Widefield System aufgenommen.

„Die IXM-XL und IXM-C unterstützen uns dabei, mit einer datengesteuerten Methode einen neuen Virusinhibitor zu entdecken.“

Virus Inhibitor in Data-Driven Way

Quellenangaben

Reference-Image

Weitere Informationen über den Plaque2.0-Assay können der folgenden Veröffentlichung entnommen werden:

Yakimovich, A., Andriasyan, V., Witte, R., Wang, I. H., Prasad, V., Suomalainen, M. und Greber, U. F. (2015). Plaque2.0 – A High-Throughput Analysis Framework to Score Virus-Cell Transmission and Clonal Cell Expansion. PloS one, 10 (9): e0138760.

Weitere Informationen über die Forschungsarbeit der Gruppe