2022/6/15
自動化されたオルガノイド細胞培養の開発、
イメージング、分析方法
3D細胞モデルは、複雑な生物学的作用、組織機能性、および疾病を研究するために、ますます普及しつつある。自己組織化し、機能的な臓器細胞タイプを模倣するその能力は、2D細胞単層培養よりも生体内の生物学をよりよく表現していると考えられている。このようなモデルの複雑さは、研究や医薬品開発に広く使用するためのハードルとなりうるが、革新的な技術によってその障壁は取り除かれつつある。
最新の投稿では、Molecular Devices社の科学者が細胞技術の進歩について述べ、3Dオルガノイドの発生をモニターし、複雑な反応を特徴付けるための細胞培養とイメージングを自動化する統合ワークフローを実演している。
自動化された細胞培養オルガノイドのためのハイコンテントイメージャー法
疾患モデリングや化合物効果の評価にオルガノイドを使用する場合、画像の質は下流の解析にとって重要です。オルガノイドの表現型変化を最大限に定量的かつロバストに評価し、実験やスクリーニングのハイスループットを向上させるためには、高性能な自動イメージングおよび解析ソリューションが極めて重要です。
共焦点顕微鏡は、スフェロイド、オルガノイド、Organ-on-a-chipモデルなどの3D対象物の効率的なイメージングを可能にします。ImageXpress®コンフォーカルHT.aiハイコンテントイメージングシステムのような共焦点顕微鏡は、高度にマルチプレックスされたアッセイを可能にする8つのイメージングチャンネルを備えた7チャンネルのレーザー光源、より鮮明な画像を得るために厚い組織サンプルに深く浸透するスピニングディスク共焦点テクノロジー、より鮮明で鮮明な画像を得るために信号対雑音比を増加させ、z-解像度を改善し、光学収差を減少させる水浸対物レンズを使用します。
従来の画像解析方法は、手作業や半自動で行う場合、非常に複雑で時間のかかるものでした。作業が複雑で非常に詳細なため、ヒューマンエラーやバイアスが発生する可能性が常にあります。これにワークフローの反復性、長さ、しばしば手間のかかる性質が加わると、高度な画像解析ツールやAI／機械学習を適用する機会が生まれる。
高度な画像解析ソフトウェアは、表現型の変化に関する情報を提供するだろう。MetaXpress®ハイコンテント画像・取得・解析ソフトウェアを使用すると、スフェロイドを見つけ、スフェロイド内のセルをカウントし、サブ細胞オブジェクトと同様にキャラクタライズすることができます。体積、直径、形状、強度など、3D細胞培養の特異性を評価することができ、オルガノイドの特徴に従ってデータを分類・整理することもできます。
IN Carta™画像解析ソフトウェアは、ディープラーニングベースの画像セグメンテーションツールで、標識不要のロバストなオルガノイドと細胞解析を可能にします。機械学習ツールは、複雑な画像データを実用的な結果に変換することができます。このソリューションは、研究者がサイズと直径に基づいてオルガノイドを分類するのに役立った。
全体として、共焦点顕微鏡における当社特許取得済みのAgileOptixテクノロジーは、3Dオルガノイドの複雑な構造を精巧にマッピングできる資質を誇っている。
創薬と薬剤開発のためのオルガノイド・アプリケーション
がん研究、神経生物学、幹細胞研究、創薬研究などの分野において、ヒト組織のモデル化を可能にするオルガノイドの重要性はますます高まっている。幹細胞から分化したオルガノイドは、肺、脳、腸など、さまざまな組織に分化させることができる。これらの3Dマイクロティッシュは生体内の臓器を模倣しているため、研究者はヒトの発生や疾病のメカニズムについて、より深い洞察を得ることができる：
肺オルガノイド
腸オルガノイド
腸オルガノイドは、腸管内腔や腸管上皮の構造を再現した最初の3Dオルガノイドモデルの一つである。上皮の細胞構成と配置から、腸オルガノイドは腸細胞の生物学的研究、再生、分化、さらには特異的変異、マイクロバイオーム、炎症プロセスの影響を含む疾患表現型の研究に有用である。
脳（大脳）オルガノイド
脳オルガノイドは、脳の1つまたは複数の領域を表す3D組織モデルである。ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）を培養すると、様々な神経細胞に分化し、時間とともに成熟して様々な脳領域の構造に似てくる。脳3Dオルガノイドは急速に発展している技術であり、ヒトの脳の発達や神経疾患の理解に大きな可能性を秘めている。このアプローチは、医薬品の評価、毒素の影響研究、機能的ゲノム研究への応用に非常に有望である。
PDO/腫瘍組織
患者由来オルガノイド（PDO）、または腫瘍は、個々の患者の原発腫瘍から作製できる3D培養物である。腫瘍細胞は、がん研究、薬剤開発、個別化医療にとって非常に価値の高いツールである。
例えば、効率的な癌治療は癌患者の生存に極めて重要である。このため、疾患の生物学を理解し、腫瘍バイオマーカーを分析し、最も効率的な抗癌剤をスクリーニングし、標的療法に対する反応を研究するためのプラットフォームを提供するために、臨床的に関連性のある腫瘍モデルを使用する必要がある。
3Dバイオロジーワークフローの自動化プロトコル
3Dオルガノイドは複雑であるため、これらの生物学的アッセイを正確かつ効率的に特性評価するためには、より洗練された3Dイメージングと解析技術が必要である。今日、自動共焦点イメージングシステムと3D画像解析ソフトウェアは、研究者のワークフローを合理化し、最適な結果を得るために一般的に使用されている。
当社のオルガノイド・スクリーニング・ワークフローは、自動化細胞培養、モニタリング、ハイコンテントイメージャーに業界をリードする技術を活用したエンドツーエンド手法を実証しています。統合ワークセルには、SpectraMax® マイクロプレートリーダー、AquaMax マイクロプレートウォッシャー、ImageXpress® コンフォーカルハイコンテントイメージャー、自動CO2インキュベーター、自動リキッドハンドラー、さらに協働ロボットが含まれています。直感的なスケジューリングソフトウェアにより、研究者は、オルガノイド発生の播種、培地交換、モニタリングを自動化する3Dワークフローを制御できる。さらに、この方法は、化合物の試験や表現型の変化の評価の自動化を可能にする。
オルガノイド・イノベーション・センター（OIC）では、複雑な3Dバイオロジーのスケールアップにおける重要な課題に対処するため、これらの最先端技術と新しい3Dバイオロジー手法を紹介しています。この共同スペースでは、お客様や研究者がラボに入り、社内の科学者の指導のもと、オルガノイド培養やスクリーニングの自動ワークフローをテストすることができます。
オルガノイド開発の自動化に迫る
オルガノイドの特異的な仕様や、オルガノイドワークフローにおけるラボ自動化の重要性については、最新のウェビナー「Automating Culture and High-Content Imaging of 3D Organoids for in Vitro Assessment of Compound Effects（化合物の効果をin vitroで評価するための3Dオルガノイドの培養とハイコンテントイメージャーの自動化）」にご参加ください。このウェビナーでは、組織モデリングや薬剤スクリーニングに使用される様々なタイプのオルガノイドのケーススタディが含まれています。自動化された細胞培養オルガノイドがどのように開発され、イメージングされ、分析されるかについての貴重な情報を得ることができ、オルガノイド研究において当社のイメージングとソフトウェア・ソリューションが果たす役割を理解することができます。
