幹細胞科学と再生医療 -
ISSCR 2022で発表された技術と方法

幹細胞科学と再生医療 - ISSCR 2022で発表された技術と方法ISSCR 2022は今年も素晴らしい年だった！幹細胞科学と再生医療における最新のブレークスルーを探求するために、世界中からリーダーが集まり、新技術について議論し、洞察を共有しました。また、参加者は3D細胞モデルアッセイに伴う複雑な問題を自動化・定量化するソリューションについて学びました。
ショーを見逃した方、あるいは発表された技術や手法の詳細をお知りになりたい方のために、私たちがお手伝いいたします！

ハイコンテントイメージャーを用いた3D腸オルガノイドの成長と化合物効果の特性評価

3D細胞モデルの複雑さは、研究や薬剤スクリーニングに広く採用されるには依然としてハードルとなっている。本ポスターでは、オルガノイドの自動モニタリング、維持管理、特性評価、および様々な化合物の効果試験を可能にする、自動化された統合細胞培養およびハイコンテントイメージングソリューションについて述べる。この統合ソリューションには、共焦点イメージングシステム、自動インキュベーター、リキッドハンドラー、および協働ロボットが含まれる。

我々は、マトリゲルへの細胞播種と培地交換の自動化、透過光イメージングを用いたマウス腸管オルガノイドの発達モニタリングの方法を開発した。機械学習ベースの画像解析により、オルガノイドを検出し、そのサイズと密度を特徴付けることができた。高度な画像解析により、オルガノイドのサイズや複雑さ、細胞の形態や生存率、分化マーカーの有無などの特徴づけを含む、オルガノイド構造の3D再構成や複雑な表現型評価が可能になった。我々は、いくつかの抗癌剤の濃度依存的毒性効果を実証した。

ハイドロゲル内のGri3D®マイクロパターン化されたU底型マイクロウェル内にヒト腸管オルガノイドを作製することにより、さらに複雑性を増した。我々は、オルガノイドアッセイと化合物スクリーニングのスループットと自動化を向上させるツールを実証し、これらの複雑なモデルについてより多くの情報を提供する解析アプローチと記述子を提案する。

3DヒトiPSC由来心臓三培養マイクロティッシュにおける化合物応答の構造解析と機能解析

ヒトの心臓は、血液を全身に送るための高度に制御されたプロセスを提供する複雑な臓器である。成人の心室は、心筋細胞、内皮細胞、線維芽細胞、その他の支持細胞から構成されている。心筋細胞はヒト心室の総容積の75％を占めるが、全細胞数の50％を占めるに過ぎない。最近の発表によると、ヒトiPS細胞由来の心筋細胞、内皮細胞、心臓線維芽細胞からなる三細胞共培養マイクロティッシュは、成熟と機能活性を高めるという。

本研究では、iPSC由来心筋細胞と初代成体線維芽細胞およびiPSC由来内皮細胞を混合して作成した三種培養モデルを用いた。細胞のプレーティングとその後の培地交換には、Biomek i7リキッドハンドリングシステムを用いた。高速カイネティック蛍光記録システム（FLIPR® Pentaハイスループットセルラースクリーニングシステム）を用いてカルシウムオシレーションを記録し、ScreenWorks® Peak Pro 2™ソフトウェアモジュールを用いて波形解析を行い、マイクロ組織の機能的活性を調べました。さらに、ImageXpress® Microハイコンテントイメージングシステムを用いたハイコンテントイメージングにより、3Dマイクロティッシュの構造と形態を評価しました。マイクロティッシュの3D構造解析は、MetaXpress® ハイコンテント画像取得・解析ソフトウェアを用いて再構成・解析した。

ここで示されたデータは、ハイスループット・フォーマットでヒト心臓組織に対する化合物の効果を測定するための有望なモデルとして、3DマイクロティッシュにiPSC由来の細胞タイプを用いることの有用性と生物製剤としての妥当性を強調している。

iPSC由来3D大脳オルガノイドの自動発生モニタリングと活性解析

大脳オルガノイドのような複雑なオルガノイドの培養は、発生神経生物学や神経変性の分野で計り知れない可能性を秘めた、急速に発展している技術である。最近の進歩により、iPS細胞から脳オルガノイドを培養することが可能になり、大脳皮質の発生とそれに関連する疾患の研究が可能になった。脳オルガノイドを機能ゲノム研究、創薬、化合物誘発毒性作用の研究に大規模に用いるには、さらなる研究が必要である。ここでは、大脳オルガノイドの半自動培養とモニタリング、およびCa2+オシレーションの記録による機能的神経細胞活動の検査法について述べる。

大脳オルガノイドは、既報の方法（Lancaster 2014）を用いてiPS細胞から開発した。この方法は、ImageXpress Confocal HT.aiハイコンテントイメージングシステムを用いた部分自動ワークフローと培養モニタリングを採用した。組織のサイズ、形状、密度を定義するために、ディープラーニングベースの画像解析（IN Carta®画像解析ソフトウェア）を用いて、発生中の脳微小組織のサイズと形態を透過光で20週間にわたってモニターした。機能的活動を検出するために、微小組織の選択されたクラスタからのカルシウムオシレーションをイメージングによって記録し、カイネティックピーク解析のためにMetaXpressハイコンテント画像取得・解析ソフトウェアを用いて解析した。

この方法は、医薬品、毒素、遺伝子変異の影響評価に有望であるが、スクリーニング応用のためにはさらなる方法開発が必要である。

私たちの研究の現場を覗いてみませんか！

オルガノイド・イノベーションセンターでは、インテリジェントなラベルフリーイメージングにより、自律的、長期的、生細胞の2Dおよび3D細胞培養の成長とモニタリングのために調和して動作する最先端の機器を展示しています。この統合されたワークフローは、品質管理の警告と準備、3Dオルガノイドスクリーニング、他のテクノロジーが見逃している隠れたパターンを明らかにするディープラーニング画像解析を提供します。