Entwicklung, Imaging und Analyse von automatisierten Organoid-Zellkulturen
In unserem neuesten Beitrag diskutieren Wissenschaftler bei Molecular Devices Fortschritte in der Zelltechnologie und demonstrieren einen integrierten Arbeitsablauf, der automatisierte Prozesse der Zellkultur und des Imaging ermöglicht, um die Entwicklung zu überwachen und die komplexen Reaktionen in 3D-Organoiden zu charakterisieren.
High-Content-Imaging-Methoden für automatisierte Zellkultur-Organoide
When using organoids for disease modeling and assessment of compound effects, the quality of images is important for downstream analysis. For maximum quantitative and robust assessment of phenotypic changes in organoids, as well as for increasing throughput of experiments and screens, high-performance, automated imaging and analysis solutions are of critical importance.
Die konfokale Mikroskopie ermöglicht ein effizientes Imaging von 3D-Objekten, einschließlich Sphäroiden, Organoiden und Organ-on-a-Chip-Modellen. A confocal microscope, such as the ImageXpress® Confocal HT.ai High-Content Imaging System utilizes a seven-channel laser light source with eight imaging channels to enable highly multiplexed assays; spinning disc confocal technology to penetrate deeper into thick tissue samples for sharper images; and water immersion objective increase signal to noise ratio, improve z-resolution, and decrease optical aberrations for sharper, crisper images
Herkömmliche Bildanalyseverfahren können unglaublich kompliziert und zeitaufwändig sein, wenn sie manuell und sogar, wenn sie halbautomatisiert durchgeführt werden. Da es sich um eine komplexe und sehr detaillierte Aufgabe handelt, besteht immer die Möglichkeit für von Menschen verursachte Fehler und Verzerrungen. Wenn man dann noch die sich wiederholenden, langwierigen und oft arbeitsintensiven Abläufe hinzunimmt, bietet sich die Möglichkeit an, fortschrittliche Bildanalyse und KI/maschinelles Lernen anzuwenden.
Die fortschrittliche Bildanalysesoftware würde Informationen über Veränderungen der Phänotypen liefern. Die MetaXpress® High-Content Image and Acquisition and Analysis Software ermöglicht es Nutzern, Sphäroide zu finden und zu charakterisieren und dann Zellen innerhalb von Sphäroiden sowie subzellulären Objekten zu zählen und zu charakterisieren. Sie können die Besonderheiten von 3D-Zellkulturen wie Volumen, Durchmesser, Form und Intensität beurteilen, was Ihnen auch dabei hilft, Daten nach Organoidmerkmalen zu klassifizieren und zu organisieren.
Die IN Carta® Image Analysis Software ist ein auf Deep Learning basierendes Bildsegmentierungstool, das robuste labelfreie Organoide und Zellanalysen ermöglicht. Die Werkzeuge für maschinelles Lernen können komplexe Bilddaten in umsetzbare Ergebnisse umwandeln. Diese Lösung half Forschern bei der Klassifizierung von Organoiden nach Größe und Durchmesser.
Overall, our proprietary AgileOptix technologies in confocal microscopy boast the qualities that can elaborately map out the complex structure of 3D organoids.
Organoid-Anwendungen für die Wirkstoffforschung und -entwicklung
Organoide gewinnen in den Bereichen Krebsforschung, Neurobiologie, Stammzellforschung und Wirkstoffforschung zunehmend an Bedeutung, da sie eine verbesserte Modellierung menschlicher Gewebe ermöglichen. Organoide, die aus Stammzellen gewonnen werden, können in eine Vielzahl von Gewebetypen, einschließlich Lunge, Gehirn und Darm, differenziert werden, um nur einige zu nennen. Da diese 3D-Mikrogewebe In-vivo-Organe imitieren, können sie Forschern einen besseren Einblick in die Mechanismen der menschlichen Entwicklung und Erkrankungen geben, zum Beispiel:
Lungenorganoide (Lungenorganoide)
Darmorganoide (Darmorganoide)
Gehirnorganoide (zerebrale Organoide)
PDO/Tumoroide
Von Patienten stammende Organoide (PDOs) – oder Tumoroide – sind 3D-Kulturen, die aus Primärtumoren einzelner Patienten erzeugt werden können. Tumoroide stellen für die Krebsforschung, die Wirkstoffentwicklung und die personalisierte Medizin äußerst wertvolle Werkzeuge dar.
Eine effiziente Krebstherapie ist zum Beispiel entscheidend für das Überleben von Krebspatienten. Dies erfordert die Verwendung klinisch relevanter Tumormodelle, um die Biologie von Krankheiten zu verstehen, Tumor-Biomarker zu analysieren, das Screening auf die effizientesten Krebsmedikamente durchzuführen und eine Plattform zur Untersuchung des Ansprechens auf gezielte Therapien zu bieten.
Automatisierungsprotokoll für Arbeitsabläufe in der 3D-Biologie
Aufgrund der Komplexität von Organoiden sind anspruchsvollere 3D-Imaging- und Analysetechniken erforderlich, um diese biologischen Assays präzise und effizient zu charakterisieren. Heutzutage werden automatisierte konfokale Imaging-Systeme und 3D-Bildanalysesoftware häufig eingesetzt, um Forschern dabei zu helfen, ihren Arbeitsablauf zu optimieren und optimale Ergebnisse zu erzielen.
Our organoid screening workflow demonstrates an end-to-end method that utilizes leading technology from across the industry for automated cell culture, monitoring, and high-content imaging. Die integrierte Arbeitszelle umfasst unseren SpectraMax® Mikroplatten-Reader, den Aquamax Mikroplatten-Wascher, ImageXpress® Confocal High-Content-Imager, einen automatisierten CO2-Inkubator, einen automatisierten Pipettierroboter sowie einen kollaborativen Roboter. Mit der intuitiven Planungssoftware können Forscher den 3D-Arbeitsablauf steuern, um die Aussaat, den Medienaustausch und die Überwachung der Organoidentwicklung zu automatisieren. Darüber hinaus ermöglicht die Methode die Automatisierung von Verbindungsprüfungen und die Bewertung phänotypischer Veränderungen.
At our Organoid Innovation Center (OIC) we showcase these cutting-edge technologies with novel 3D biology methods to address key challenges of scaling complex 3D biology. Der Teamarbeitsbereich bringt Kunden und Forscher gemeinsam ins Labor, um automatisierte Arbeitsabläufe für die Kultivierung und das Screening von Organoid-Kulturen zu testen – unter Anleitung unserer betriebsinternen Wissenschaftler.
