Entwicklung, Imaging und Analyse von automatisierten Organoid-Zellkulturen

https://share.vidyard.com/watch/vnfaat6Uhjy9HpJkUJdTvg
3D-Zellmodelle erfreuen sich zunehmender Beliebtheit bei der Untersuchung komplexer biologischer Effekte, der Funktion von Geweben … Es wird angenommen, dass ihre Fähigkeit, funktionelle Organzelltypen selbst zu organisieren und nachzuahmen, die In-vivo-Biologie besser darstellt als 2D-Monolayer-Zellkulturen. Obwohl die Komplexität dieser Modelle eine Hürde für den breiteren Einsatz in der Forschung und Arzneimittelentwicklung darstellen kann, werden Barrieren durch innovative Technologien aufgebrochen.

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

Bei der Verwendung von Organoiden zur Krankheitsmodellierung und Beurteilung der Wirkung von Verbindungen ist die Qualität der Bilder für die Downstream-Analyse wichtig. Für eine maximale quantitative und robuste Beurteilung phänotypischer Veränderungen in Organoiden sowie für den höheren Durchsatz von Experimenten und Screenings sind hochleistungsfähige, automatisierte Imaging- und Analyselösungen von entscheidender Bedeutung.

Die konfokale Mikroskopie ermöglicht ein effizientes Imaging von 3D-Objekten, einschließlich Sphäroiden, Organoiden und Organ-on-a-Chip-Modellen. Ein konfokales Mikroskop, wie das ImageXpress® Confocal HT.ai High-Content Imaging System, nutzt eine Laser-Lichtquelle mit sieben Kanälen und acht Imaging-Kanälen, um hochgradig multiplexe Assays zu ermöglichen; die Spinning-Disc-Konfokaltechnologie dringt tiefer in dicke Gewebeproben ein, um schärfere Bilder zu erhalten; und das Wasserimmersionsobjektiv erhöht das Signal-Rausch-Verhältnis, verbessert die Z-Auflösung und verringert optische Aberrationen für schärfere, klarere Bilder

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, 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.

Insgesamt weisen unsere firmeneigenen AgileOptix-Technologien in der konfokalen Mikroskopie die Eigenschaften auf, die die komplexe Struktur von 3D-Organoiden aufwendig abbilden können.

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)

Lungen-Organoid-Kulturen sind 3D-Mikrogewebemodelle, die die morphologischen und funktionellen Eigenschaften der Atemwege nachbilden, darunter alveoläre Struktur, Schleimsekretion, Zilienschlag und Regeneration. Diese speziellen Eigenschaften der Lungenorganoidkultur bieten Potenzial für eine breite Palette von Anwendungen sowohl in grundlegenden als auch in translationalen Ansätzen wie dem Wirkstoffscreening und der Krankheitsmodellierung.

Lungenorganoide (Lungenorganoide)

Mehr erfahren

Darmorganoide (Darmorganoide)

Darm-Organoide sind 3D-Gewebemodelle, die Strukturen des Darmlumens und des umgebenden Darmepithels nachbilden. Die Zellzusammensetzung und die Anordnung des Epithels machen Darmorganoide für die Erforschung der Biologie, Regeneration, Differenzierung von Darmzellen sowie von Krankheitsphänotypen einschließlich der Auswirkungen spezifischer Mutationen, Mikrobiome oder Entzündungsprozesse nützlich.

Darmorganoide (Darmorganoide)

Mehr erfahren

Gehirnorganoide (zerebrale Organoide)

Gehirnorganoide sind 3D-Gewebemodelle, die eine oder mehrere Regionen des Gehirns repräsentieren. Wenn humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) kultiviert werden, differenzieren sie sich in verschiedene neuronale Zellen, die im Laufe der Zeit reifen, um Strukturen verschiedener Gehirnregionen zu ähneln. Zerebrale 3D-Organoide sind eine sich schnell entwickelnde Technologie, die ein großes Potenzial für das Verständnis der Entwicklung des menschlichen Gehirns und neuronaler Erkrankungen hat und zur Untersuchung der Auswirkungen von Verbindungen und genetischen Mutationen verwendet werden kann. Dieser Ansatz ist sehr vielversprechend für die Evaluierung pharmazeutischer Wirkstoffe, die Untersuchung der Auswirkungen von Toxinen und für funktionelle genomische Anwendungen.

Gehirnorganoide (zerebrale Organoide)

Mehr erfahren

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.

PDO/Tumoroide

Mehr erfahren

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.

Unser Arbeitsablauf des Organoid-Screenings demonstriert eine End-to-End-Methode, die branchenführende Technologie für automatisierte Zellkultur, Überwachung und High-Content-Imaging nutzt. 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.

Automatisierungsprotokoll für Arbeitsabläufe in der 3D-Biologie
https://main--moleculardevices--hlxsites.hlx.page/service-support/lab-automation-solutions/lab-automation-for-high-content-screening

In unserem Organoid Innovation Center (OIC) präsentieren wir diese hochmodernen Technologien mit neuartigen 3D-Biologiemethoden, um die wichtigsten Herausforderungen der Skalierung komplexer 3D-Biologie zu bewältigen. 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.

Ein genauerer Blick auf die automatisierte Entwicklung von Organoiden

Um mehr über spezifische Anwendungen von Organoiden und die Bedeutung der Laborautomatisierung in Organoid-Arbeitsabläufen zu erfahren, nehmen Sie an unserem neuesten Webinar „Automating Culture and High-Content Imaging of 3D Organoids for in Vitro Assessment of Compound Effects“ teil. Das Webinar umfasst Fallstudien mit verschiedenen Organoidtypen, die in der Gewebemodellierung und dem Wirkstoffscreening verwendet werden. Sie werden wertvolle Informationen darüber gewinnen, wie automatisierte Zellkultur-Organoide entwickelt, abgebildet und analysiert werden, und welche Rolle unsere Imaging- und Softwarelösungen in der Organoidforschung spielen.

Automatisierung der Kultivierung und des High-Content-Imaging von 3D-Organoiden

Webinar teilnehmen

Jüngste Beiträge