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Organoïdes

La recherche biologique et la modélisation de maladies résument la complexité des tissus réels

Que sont les organoïdes ?

Les organoïdes sont des micro-tissus multicellulaires en trois dimensions (3D) dérivés de cellules souches et conçus pour imiter fidèlement la structure et la fonctionnalité complexes des organes humains comme le poumon, le foie ou le cerveau. Les organoïdes sont multi-cellulaires et présentent un ordre supérieur d’auto-assemblage permettant une représentation encore meilleure des interactions et des réponses cellulaires in vivo complexes par rapport aux cultures cellulaires traditionnelles en 2D.

Un organoïde peut être défini de trois façons différentes :

  • Il s’agit d’un micro-tissu biologique 3D contenant plusieurs types de cellules
  • Il représente la complexité, l’organisation et la structure d’un tissu
  • Et, sous certains aspects, il possède la fonctionnalité d’untissu

Importance et avantages des organoïdes

Les organoïdes sont de plus en plus importants dans les domaines de la recherche sur le cancer, la neurobiologie, la recherche sur les cellules souches et la découverte de médicaments, car ils permettent une meilleure modélisation des tissus humains. Dérivés de cellules souches, les organoïdes peuvent être différenciés en une vaste plage de types de tissus, notamment le foie, le poumon, le cerveau, le rein, l’estomac et l’intestin. Comme ces micro-tissus 3D imitent les organes in vivo, ils peuvent vous fournir davantage d’informations sur les mécanismes du développement humain et les maladies. Par exemple, vous pouvez développer des organoïdes à partir de cellules génétiquement modifiées afin de comprendre comment des mutations génétiques spécifiques sont associées à certains troubles génétiques. Les organoïdes peuvent également faciliter l’étude des maladies infectieuses et des interactions hôte-agent pathogène. Enfin, la capacité d'utiliser des organoïdes dérivés de patients pour le criblage de médicaments et les évaluations de la toxicité vous permet des avancées en médecine personnalisée.

Protocole général de recherche sur les organoïdes

En raison de la complexité croissante des organoïdes et d'autres systèmes cellulaires 3D, des techniques d’imagerie 3D et d’analyse plus sophistiquées sont nécessaires afin de caractériser ces tests biologiques de façon précise et efficace. Actuellement, les systèmes d’imagerie confocale automatisés et les logiciels d’analyse d’images 3D sont couramment utilisés pour aider les chercheurs à simplifier leur protocole et à obtenir des résultats optimaux.

Illustration d’un protocole avec organoïdes

Étape 1) Préculture 2D

Les organoïdes dérivent soit de cellules primaires (par exemple, intestin, poumon ou rein) soit de cellules souches pluripotentes induites. Les cellules souches sont capables de se différencier et de s’auto-assembler en divers organoïdes spécifiques aux tissus.

Étape 2) Développement d’organoïdes 3D

Généralement, les cellules sont prémélangées avec du Matrigel et des gouttelettes sont placées dans une plaque de 24 puits à la température ambiante. Les plaques sont ensuite placées dans un incubateur afin de former un dôme solide de gouttelettes. Du milieu est alors ajouté pendant au moins 7 jours afin de favoriser la croissance et la différenciation des cellules dans un tissu spécifique (cerveau, intestin, poumons, etc.). Le milieu inclut des protéines de la matrice extracellulaire (MEC) et différents facteurs de croissance, qui varient selon le type de tissu à faire croître.

Étape 3) Culture d’organoïdes

La culture d’organoïdes est un long processus pouvant comprendre plusieurs étapes utilisant des milieux différents. Durant ce processus, la santé cellulaire doit être surveillée (par imagerie), ce qui est généralement utilisé pour comprendre la biologie développementale et les tissus.

Étape 4) Surveillance et résultats

Avant de réaliser des expériences, les organoïdes doivent être surveillés et caractérisés afin de s’assurer qu’ils ont la structure et la différenciation tissulaires appropriées. L’imagerie haut contenu permet la surveillance et la visualisation de la croissance et de la différenciation des organoïdes, la reconstruction 3D des structures, l’analyse complexe de la structure des organoïdes, la morphologie et la viabilité cellulaires, ainsi que l’expression de différents marqueurs cellulaires.

Étape 5) Imagerie confocale et analyse 3D

L’imagerie confocale et l’analyse 3D des organoïdes permettent de visualiser et de quantifier les organoïdes et les cellules qui les composent. La caractérisation de multiples descripteurs quantitatifs des organoïdes pourrait être utilisée pour étudier les phénotypes des maladies et les effets des composés.

Imagerie confocale et analyse d’images 3D des organoïdes

Les organoïdes sont très utiles pour la modélisation des maladies et l’évaluation des effets des composés. L’imagerie et l’analyse automatisées des organoïdes sont importantes pour l’évaluation quantitative des variations phénotypiques dans les organoïdes, ainsi que pour l’augmentation du débit des expérimentations et des criblages.

 

Imagerie confocale et analyse d’images 3D des organoïdes

 

L’imagerie confocale, comme le système ImageXpress® Confocal HT.ai avec des lasers haute performance et des objectifs à immersion dans l’eau sont particulièrement utiles pour capturer la complexité des tests biologiques 3D. Contrairement aux sphéroïdes habituels, qui ont l’apparence d’objets solides et pour lesquels la pénétration de la lumière est limitée, certains organoïdes 3D, tels que les organoïdes pulmonaires, ont une apparence creuse, avec une lumière ou des cavités à l’intérieur, et sont plus facilement pénétrés par la lumière, ce qui permet de réaliser une « imagerie traversant » les micro-tissus enchâssés dans du Matrigel.

Analyse CME d'organoïdes des voies respiratoires

Imagerie et analyse d’un modèle d’organoïde 3D. Dans cette courte vidéo, Andy Bashford (Chercheur en applications d’imagerie) montre un bel exemple de modèle d’organoïde 3D de voies respiratoires avec des indications intéressantes pour tirer le meilleur parti de ce genre de test.

Les outils d’analyse haut contenu, comme le MetaXpress ou le logiciel d’analyse d’images IN Carta, permettent de trouver et de caractériser de multiples objets/organoïdes, soit au format 2D (pour des images sur un plan unique ou pour des images de projection maximales), soit au format 3D lorsque des objets issus de plusieurs plans sont reliés et reconstitués dans un espace 3D par un logiciel. Les organoïdes peuvent être caractérisés en terme de diamètre, de volume, de forme, d’intensité d’un marqueur spécifique ou de la distance par rapport à d’autres objets.

En outre, des cellules, des noyaux ou des organites individuels peuvent être définis et mesurés au sein de chaque organoïde. Cela permet de compter le nombre de cellules vivantes et de cellules mortes, ou le nombre de cellules avec un marqueur spécifique pour définir également les volumes et les distances entre les objets. Les valeurs numériques peuvent être comptées pour chaque organoïde ou pondérées par puits.

Galerie d’images de cellules d'organoïdes pulmonaires

Applications et tests

  • Organoïdes cérébraux

    Organoïdes cérébraux (cerveau)

    Les organoïdes cérébraux sont des modèles tissulaires 3D représentant une ou plusieurs régions du cerveau. Ils peuvent pallier les insuffisances des modèles cérébraux post-mortem et des modèles animaux classiques pour générer des résultats pertinents d’un point de vue clinique.

    Les organoïdes cérébraux présentent un grand potentiel pour la compréhension du développement du cerveau et des maladies neuronales. Ils peuvent également être utilisés pour étudier les maladies génétiques et les effets des composés. Néanmoins, pour saisir le caractère unique du cerveau humain, il faut des tests fonctionnels et des systèmes d’imagerie haut contenu.

    En savoir plus sur les organoïdes cérébraux 

    Organoïdes intestinaux

    Organoïdes intestinaux

    Les organoïdes intestinaux sont des modèles tissulaires 3D qui reproduisent les structures de la lumière intestinale et de l’épithélium intestinal environnant.

    De par la composition et la disposition des cellules de l’épithélium, les organoïdes intestinaux sont utiles pour étudier la biologie, la régénération et la différenciation des cellules intestinales, ainsi que les phénotypes des maladies, notamment les effets de mutations spécifiques, le microbiome ou le processus d’inflammation.

    En savoir plus sur les organoïdes intestinaux 

  • Automatisation de laboratoire pour le protocole de criblage des organoïdes

    Automatisation de laboratoire pour le protocole de criblage des organoïdes

    Nos solutions d’automatisation de laboratoire comprennent des chercheurs et des techniciens qui peuvent personnaliser nos instruments et automatiser tous les flux de travail pour répondre aux besoins particuliers de vos tests, méthodes ou protocoles. Qu’il s’agisse d’incubateurs, de manipulateurs de liquides, de robotique, de logiciels et de matériels personnalisés, et grâce à plus de 35 années d’expérience dans le secteur des sciences de la vie, vous pouvez compter sur nous pour vous fournir des produits de qualité et une assistance mondiale.

    Découvrez comment les cellules de travail automatisées et robotisées et l’analyse d’images basée sur l’IA peuvent vous aider à développer un flux de travail complet et efficace pour votre processus de développement d’organoïdes.

    Organoïdes dérivés de patients (tumoroïdes)

    Organoïdes dérivés de patients

    Les organoïdes de tumeur dérivés de patients, ou tumoroïdes, sont des cultures de cellules tumorales qui peuvent être générées à partir de patients individuels. Les tumoroïdes sont des outils très utiles pour la recherche sur le cancer, le développement de médicaments et la médecine personnalisée.

    La détection et le traitement précoces sont déterminants pour le taux de survie des patients atteints de cancer du sein. Il est donc nécessaire d’utiliser des modèles tumoraux cliniquement pertinents pour comprendre le mécanisme, analyser les biomarqueurs tumoraux et cribler les médicaments anticancéreux. Les tumoroïdes de cancer du sein fournissent une plateforme d'étude de la physiologie des tumeurs et de la réponse aux thérapies ciblées.

    Découvrez comment analyser la croissance des tumoroïdes de cancer du sein et l’efficacité des traitements anticancéreux grâce à des solutions de criblage haut débit et d’imagerie haut contenu :

    En savoir plus sur les tumoroïdes de cancer du sein dérivés de patients 

  • Organoïdes pulmonaires (poumon)

    Organoïdes pulmonaires (poumon)

    Les cultures d’organoïdes pulmonaires sont des modèles de micro-tissus 3D qui reproduisent les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des voies respiratoires, telles que la sécrétion de mucus, le battement ciliaire et la régénération. Cette pertinence biologique permet d’étudier les mécanismes de réparation/régénération dans les lésions pulmonaires et les variations phénotypiques dans les maladies pulmonaires. Les organoïdes pulmonaires peuvent également être utilisés pour évaluer la toxicité ou tester les médicaments.

    En savoir plus sur les organoïdes pulmonaires 

Dernières ressources

Ressources sur les organoïdes

Vidéos et webinaires

Modèles d’organoïde émergents : Passer de la recherche fondamentale au développement de médicaments et à la médecine régénérative

Application et analyse des systèmes d’organoïdes

Automatisation de la culture et de l’imagerie haut contenu d’organoïdes 3D pour évaluer les effets des composés in vitro

Se lancer dans les modèles tissulaires humains 3D et l’imagerie

Capture de la complexité de la biologie cellulaire

Suivi du développement d’organoïdes dans des organoïdes cérébraux 3D dérivés d’iPSC

Présentation ISSCR 2021 Innovation : Mise en culture automatisée et imagerie haut contenu de cellules pulmonaires et cardiaques 3D

Présentation du Centre d’innovation des organoïdes

Présentation du Centre d’innovation des organoïdes

Capture de la complexité de la biologie 3D : Organoïdes pour la modélisation de maladies et la recherche sur la toxicité

Modélisation de maladie au 21e siècle : Tests d'organoïdes automatisés avec imagerie 3D

Systèmes « organe sur puce » dérivé d’organoïdes haut contenu pour la découverte de médicaments et la modélisation de maladies

Développement de modèles tissulaires « organe sur puce » haut débit pour la découverte de médicaments grâce à l’imagerie haut contenu

Modèles tissulaires physiologiquement pertinents utilisant une plateforme « organes sur puce » à haut débit

Modèles tissulaires physiologiquement pertinents utilisant une plateforme « organes sur puce » à haut débit