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
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)
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.
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.
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.