Stammzellforschung – Einsichten und bahnbrechende Erfolge, die auf der #ISSCR2021 präsentiert wurden
Falls Sie nicht die Gelegenheit hatten, uns bei unseren Posterpräsentationen während der ISSCR 2021 zu besuchen – kein Problem. Wir haben alle unsere Präsentationen hier für Sie zusammengestellt.
Das ISSCR-Jahrestreffen brachte fast 4.000 Führungskräfte aus aller Welt zusammen, um neue Technologien zu diskutieren, Forschungseinblicke auszutauschen und die neuesten Durchbrüche in der Stammzellforschung und der regenerativen Medizin zu erforschen. Mit umfassenden wissenschaftlichen Programmen und Networking-Möglichkeiten erhielten die Besucher Inspirationen und Einblicke, um ihre Forschung voranzutreiben.
In diesem Jahr haben wir uns geehrt, Teil des Innovation Showcase zu sein, und zwar mit unserer Sitzung: Automatisierte Kultivierung und High-Content-Imaging von 3D-Lunge und Herzorganoiden zur In-vitro-Beurteilung von Verbindungseffekten. Dr. Oksana Sirenko erläuterte das Warum und Wie automatisierter, komplexer Arbeitsabläufe biologischer 3D-Assays und erläuterte, wie neue Fortschritte in der High-Content-Imaging-Technologie signifikante Daten aufdecken. Diese Daten können dazu beitragen, Organoid-Assays für das Screening zu erweitern und die Grenzen Ihrer Forschung zu erweitern.
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Poster-Sitzungen sind ein fester Bestandteil des ISSCR-Jahrestags und ermöglichen es geladenen Gästen, Einzelgespräche mit Forschern zu führen. Hier bieten wir Ihnen ein virtuelles Erlebnis, um sich unsere Präsentationen nach Belieben anzusehen, und ermutigen Sie, sich jederzeit mit uns in Verbindung zu setzen, um Ihre Forschungsherausforderungen zu besprechen.
Melden Sie sich einmal an, um alle fünf diesjährigen Poster-Sitzungen zu besuchen und die On-Demand-Webinare zu hören.
- Poster 1 – Innovationsschau: Automatisiertes Kultur- und High-Content-Imaging von 3D-Lungen- und Herzorganoiden zur In-vitro-Beurteilung von Verbindungseffekten
- Überwachung der Organoid-Entwicklung und Charakterisierung der Calcium-Oszillation in aus iPSC abstammenden 3D-Gehirn-Organoiden
- Deep-Learning-basierte Bildanalyse für die labelfreie Live-Überwachung von iPSC- 3D-Organoid-Kulturen
- Organoide für die Krankheitsmodellierung und das In-Vitro-Wirkstoffscreening: Automatisierte Überwachung der Kultivierung, automatisiertes Imaging und automatisierte Analyse komplexer biologischer Systeme
- Hochdurchsatz-Bestimmung von durch Verbindungen induzierten pro-arrhythmischen Effekten in aus iPSC gewonnenen humanen Kardiomyozyten
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Poster 1) Innovationsvorstellung: Automatisiertes Kultur- und High-Content-Imaging von 3D-Lungen- und Herzorganoiden zur In-vitro-Beurteilung von Verbindungseffekten
Gleichzeitig tragen Fortschritte in der High-Content-Imaging-Technologie dazu bei, wichtige Informationen aus diesen komplexen biologischen Systemen zu enthüllen, und laden Wissenschaftler dazu ein, die Grenzen ihrer Forschung zu erweitern. In diesem Webinar beschreiben wir einen integrierten Arbeitsablauf, der es uns ermöglicht, Prozesse der Zellkultur, des Imaging und der Zellerhaltung zu automatisieren, um die Entwicklung von Stammzellen und Organoiden zu überwachen und die komplexen Reaktionen auf Testverbindungen zu charakterisieren. Die Methode wurde für die Automatisierung von drei komplexen Arbeitsabläufen angewendet: iPSC-Erhaltung, Lungentoxizitäts-Assay mit 3D-Lungenorganoidenund Überwachung der Auswirkungen von Verbindungen auf die funktionelle Aktivität in 3D-Herzkulturen.
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Überwachung der Organoid-Entwicklung und Charakterisierung der Calcium-Oszillation in aus iPSC abstammenden 3D-Gehirn-Organoiden
Zerebrale Organoide sind eine sich schnell entwickelnde Technologie, die ein großes Potenzial für das Verständnis der Entwicklung des Gehirns und neuronaler Erkrankungen aufweist. Sie können auch zur Untersuchung der Auswirkungen von Verbindungen und genetischen Erkrankungen verwendet werden. Das Modell ermöglicht die Beschreibung späterer Ereignisse in der kortikalen Entwicklung, die ein fortschrittliches und biologisch relevanteres System für die Forschung und Wirkstoffforschung darstellen.
Die weitere Methodenentwicklung umfasst die Einführung des Modells für das Screening von Verbindungen und die Prüfung der funktionellen neuronalen Aktivitäten. Wir beschreiben die Methoden zur Überwachung von Gehirnorganoiden und zur Untersuchung ihrer funktionellen Aktivität durch Aufzeichnung und Analyse von Calciumoszillationen.
Zerebrale Organoide wurden aus iPSC mit etablierten Methoden entwickelt. Wir überwachten die Größe und Morphologie der Entwicklung von Gehirn-Mikrogeweben über 4–12 Wochen der Entwicklung hinweg mit KI-basierten Analysewerkzeugen zur Definition der Größe und Form des Gewebes. Die ausgewählten Mikrogewebe wurden während verschiedener Entwicklungsphasen mittels konfokalem Imaging auf ihre zelluläre Organisation und die Expression neuronaler Marker untersucht. Zum Nachweis funktioneller Aktivitäten wurden Organoide mit einem calciumempfindlichen Farbstoff beladen und anschließend Ca2+-Oszillationen mit dem ImageXpress® Confocal HT.ai High-Content Imaging System aufgezeichnet. Wir zeigen, dass das High-Content-Imaging in Kombination mit KI-basierter Analyse ein vielversprechendes Werkzeug für das Verbindungsscreening und die Toxizitätsbeurteilung in 3D-Gehirn-Organoiden ist.
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Deep-Learning-basierte Bildanalyse für die labelfreie Live-Überwachung von iPSC- 3D-Organoid-Kulturen
Komplexe biologische 3D-Modelle wie Organoide und von Patienten stammende Sphäroide gewinnen in vielen biomedizinischen Forschungsgebieten zunehmend an Popularität, da sie die In-vivo-Gewebe genauer nachbilden. Diese 3D-Modelle bieten ein großes Potenzial in der Krankheitsmodellierung, dem Wirkstoffscreening, Toxizitätsstudien, Wirtsmikroben-Interaktionen und der Präzisionsmedizin.
Um Organoide für groß angelegte Screenings zu verwenden, wird zunehmend die Automatisierung eingesetzt, um die massive Menge an Proben zu verarbeiten, und die Kultur konsistenterer und reproduzierbarerer iPSC-Linien (induzierte pluripotente Stammzellen) und deren abgeleitete Organoide.
Eine wesentliche Anforderung eines automatisierten Kultursystems ist die Fähigkeit, lebende Gewebe zu überwachen. Hier haben wir ein Werkzeug der künstlichen Intelligenz (KI) verwendet, um eine automatisierte Bildanalyse von iPSC-Kolonien, Organoiden und Sphäroiden (im Hellfeld abgebildet) durchzuführen. Das IN Carta™ Image Analysis Software-Tool bietet eine intuitive Benutzeroberfläche zum Trainieren von Modellen auf der Grundlage von vom Benutzer bereitgestellten Bildern. Deep Learning-basiert (SINAP) ermöglicht die automatische Erkennung komplexer Objekte von Interesse (z. B. Stammzellkolonien oder Organoide) mit minimalem menschlichem Eingriff. Im Gegensatz zur KI-basierten Bildanalyse erfordert der herkömmliche Bildanalyseansatz, dass Benutzer Analyseeinstellungen bereitstellen, die häufig geändert werden müssen. Die IN Carta-Analyseergebnisse umfassen morphologische, Intensitäts- und Texturmessungen. Wir demonstrieren die Machbarkeit der Verwendung von KI-basierter Objektdetektion und phänotypischer Charakterisierung für drei komplexe Zellmodelle: Expansion von iPSCs, Entwicklung von 3D-Lungenorganoidenund Auswirkungen von Krebsmedikamenten auf Tumoroide . Diese Ergebnisse unterstützen die Integration von Deep-Learning-Bildanalysemethoden in jeden Arbeitsablauf der High-Content-Automatisierung, der die Erzeugung von hochwertigen iPSCs und Organoiden für Downstream-Anwendungen im großen Maßstab erheblich erleichtert.
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Organoide für die Krankheitsmodellierung und das In-Vitro-Wirkstoffscreening: Automatisierte Überwachung der Kultivierung, automatisiertes Imaging und automatisierte Analyse komplexer biologischer Systeme
Wir beschreiben ein automatisiertes integriertes System, das eine automatisierte Überwachung, Aufrechterhaltung und Charakterisierung des Wachstums und der Differenzierung von Stammzellen und Organoiden sowie die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Verbindungen ermöglicht. Das automatisierte integrierte System umfasste das ImageXpress Confocal HT.ai System, einen automatisierten Inkubator, einen Biomek Liquid Handler und eine Robotervorrichtung. Wir haben Methoden zur erfolgreichen Automatisierung von drei komplexen Arbeitsabläufen demonstriert: iPSC-Kultur, 3D-Lungenorganoide und Darmorganoide . Der Arbeitsablauf demonstriert die Nützlichkeit der Automatisierung und des fortschrittlichen High-Content-Imaging für einen erhöhten Durchsatz und Informationen in Organoid-Assays, die für das Screening von Verbindungen von entscheidender Bedeutung sind.
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Hochdurchsatz-Bestimmung von durch Verbindungen induzierten pro-arrhythmischen Effekten in aus iPSC gewonnenen humanen Kardiomyozyten
Die Entwicklung biologisch relevanter und vorhersagekräftiger zellbasierter Assays zum Screening von Verbindungen und die Bestimmung der Toxizität ist eine Hauptherausforderung bei der Wirkstoffforschung. Der Schwerpunkt dieser Studie lag auf der Etablierung von Kardiotoxizitäts-Assays mit hohem Durchsatz, die aus aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) gewonnenen Kardiomyozyten hergestellt wurden.
Unter Verwendung von aus iPSC gewonnenen humanen Kardiomyozyten als In-vitro-Modell evaluierten wir das Ansprechen und die Konzentrationsabhängigkeit von 28 Wirkstoffen, die mit niedrigen, intermediären und hohen Risikokategorien für Torsade de pointes (TdP) verknüpft sind. Die Auswirkungen verschiedener Verbindungen auf die Schlagraten und Muster der spontanen Aktivität von Kardiomyozyten wurden durch Veränderungen der intrazellulären Ca2+-Oszillationen überwacht, die mittels schneller kinetischer Fluoreszenz mit calciumempfindlichen Farbstoffen auf dem FLIPR® Penta High-Throughput Cellular Screening System gemessen wurden.
Wir beschreiben eine Methode zur komplexen Analyse von Calcium-Oszillationen, die den Nachweis und die multiparametrische Beschreibung von Oszillationsspitzen und -mustern ermöglicht. Zusätzlich zur Erkennung von Oszillationsraten, Spitzenbreite und -amplitude ermöglicht die Methode die Charakterisierung komplexer Muster, sekundärer Spitzen, Wellenform-Unregelmäßigkeiten und mehr als 20 andere wichtige Messungen. Verbindungen-induzierte proarrhythmische Effekte, wie z. B. EADs (Early After-Depolarization)-ähnliche Ereignisse oder Peak-Verlängerungen, können leicht identifiziert und markiert werden.
Darüber hinaus wurde die zelluläre und mitochondriale Toxizität im Follow-up-Assay mittels High-Content-Imaging beurteilt. Wir haben die konzentrationsabhängigen Effekte von 28 Verbindungen auf verschiedene Messungen charakterisiert und gezeigt, dass das Vorhandensein von EAD-ähnlichen Ereignissen, Peak-Verlängerungen und Musterunregelmäßigkeiten, die im Assay bei Konzentrationen nachweisbar sind, die mit Konzentrationen in der entsprechenden Konzentration im Blut (Cmax) vergleichbar sind, als starker prädiktiver Indikator für Herzrhythmusstörungen in vivo verwendet werden kann.
Die Ergebnisse zeigen die Nützlichkeit der Methode für das High-Throughput-Screening und den Nachweis wirkstoffinduzierter proarrhythmischer Effekte in vitro.
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Entdecken Sie die Lösungen für die Analyse und Visualisierung komplexer Stammzelldaten
Egal, ob Sie gerade erst damit beginnen, die Vorteile von 3D-Gewebemodellen und -Imaging zu erforschen, oder fortschrittliche 3D-Arbeitsabläufe nutzen – wir können Lösungen für die Komplexitäten anbieten, die mit der Analyse von Organoid- und Stammzelldaten einhergehen, Ihre Arbeitsabläufe in der 3D-Kultur automatisieren, um 3D-Strukturen zu quantifizieren und zu visualisieren, und Ihnen dabei helfen, die Laborkosten zu senken und die Grenzen Ihrer Forschung zu erweitern.
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