StemoniX utilise trois de nos solutions pour valider ses plaques microBrain 3D Assay Ready

Le défi

Les modèles actuels à la disposition des chercheurs en neurosciences ont des limitations qui entravent le développement de nouveaux médicaments. Les modèles complexes, tels que les cerveaux post-mortem et les modèles animaux, capturent de manière plus complète la complexité du cerveau humain. Toutefois, les cerveaux humains post-mortem sont difficiles à obtenir et ne représentent que le dernier stade de la maladie. En outre, les caractéristiques et les fonctionnalités du cerveau humain ne sont pas toujours reproduites totalement par les modèles animaux, ce qui rend difficile la traduction de ces tests en applications cliniques. Même si les modèles in vitro se basant sur des systèmes de cultures cellulaires simples peuvent facilement être extrapolés, il ne possède ni l’organisation ni la structure complexe du cerveau humain. Les organoïdes cérébraux dérivés de cellules souches pluripotentes humaines induites (hiPSC) constituent un outil très prometteur, mais présentent toujours une haute variabilité et ne disposent pas de tests fonctionnels pour évaluer les phénotypes. Le domaine des neurosciences a besoin d’un modèle capable de représenter de manière très homogène le caractère unique de la fonction et du développement du cerveau humain in vitro pour développer de nouveaux médicaments dédiés aux troubles du système nerveux.

La solution

Chez StemoniX®, les chercheurs ont comblé cette lacune en développant la plateforme microBrain® 3D. En utilisant des cellules neuronales progénitrices dérivées de hiPSC, ils ont créé des sphéroïdes corticaux neuronaux 3D très homogènes ressemblant plus étroitement au cerveau cortical humain. Leur plateforme se compose d’astrocytes et de neurones matures qui sont actifs et répondent aux neuromodulateurs de la même manière que les cultures neuronales primaires. Ils ont en outre conçu leur plateforme aux formats 96 et 384 puits afin de l’utiliser avec des instruments de criblage haut contenu, tels que le système de criblage cellulaire à haut débit FLIPR Tetra® et le système d’imagerie haut contenu ImageXpress® Micro Confocal (tous deux de chez Molecular Devices), ce qui permet d’évaluer de manière homogène la physiologie fonctionnelle du cerveau humain in vitro.

Système d'imagerie à haut contenu ImageXpress Micro Confocal

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Lecteur de microplaques multimode SpectraMax i3x

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Système de criblage cellulaire à haut débit FLIPR Penta

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Produits utilisés

Le système de criblage cellulaire à haut débit FLIPR^® Tetra^® offre une solution automatisée pour l’identification des débuts de piste dans le processus de découverte de médicaments et pour l’évaluation de l’efficacité et de la toxicité des médicaments. Avec ses fonctions de pipetage et de lecture simultanées, notre système permet de réaliser des tests cellulaires de cinétique rapides. Il peut être paramétré rapidement selon la taille des banques, le mode de détection, le format de criblage, le test et la cible. Grâce à cette solution totalement intégrée, la transition entre développement de tests et optimisation des prototypes est grandement facilitée.

Le système d’imagerie à haut contenu ImageXpress^® Micro Confocal vous aide à repousser les limites de vos recherches grâce à une association optimale de vitesse, sensibilité et flexibilité. Capturez des images de grande qualité d’organismes entiers, de tissus épais, de tests de sphéroïdes 3D et d’événements cellulaires ou intracellulaires. Associé au logiciel d’acquisition et d’analyse d’image haut contenu MetaXpress^®, le système ImageXpress Micro Confocal propose une solution complète de criblage multidimensionnel à haut débit pour vous aider dans vos recherches de pointes et vos prochaines percées scientifiques.

Le lecteur de microplaques multimode SpectraMax i3x mesure l’absorbance spectrale, la fluorescence et la luminescence avec la fonctionnalité ajoutée de mises à niveau modulaires pour le Western Blot, l’imagerie et la cinétique rapide avec injecteurs. Le lecteur SpectraMax i3x vous permet de plonger au cœur des mystères de la science en explorant les voies de signalisation cellulaire, ainsi que l’activation et l’expression des protéines, le tout dans un seul système.

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Les résultats

La plateforme StemoniX microBrain 3D est un système 3D homogène de sphéroïdes neuronaux au format 96 et 384 puits. En utilisant le système ImageXpress Micro Confocal pour la capture à fond clair et la mesure automatisée des tailles, une distribution très homogène des tailles a été observée avec des coefficients de variation types inférieurs à 4 % sur une même plaque. Une analyse par immunofluorescence réalisée avec le microscope ImageXpress a révélé que ces sphéroïdes 3D sont composés d’astrocytes et de neurones corticaux qui affichent des marqueurs clés de maturité cellulaire, tels que des protéines synaptiques. En outre, ces sphéroïdes ont présenté des oscillations du calcium spontanées et synchronisées qui sont facilement détectées sur les systèmes FLIPR et ImageXpress. La maturité fonctionnelle de la plateforme microBrain 3D a été confirmée en examinant un panel de neuromodulateurs dont les mécanismes d’action étaient connus. En utilisant le système FLIPR, la modulation de l’activité neuronale a été détectée et correspondait à l’activité attendue de ces composés, et cela a confirmé que les sphéroïdes possèdent des circuits glutamatergiques et GABAergiques fonctionnels.

Enfin, une banque ciblée de composés ayant différentes puissances contre l’infection par le virus Zika a été testée dans une étude de cas de toxicologie. Tout d’abord, le lecteur de microplaques multimode SpectraMax® i3x (Molecular Devices) a été utilisé pour étudier la toxicité cellulaire de cette banque de composés sur la plateforme microBrain 3D. L’analyse de toxicité cellulaire a ensuite été complétée par celle de la toxicité fonctionnelle, étudiée à haut débit avec le système FLIPR. Enfin, des vidéos haute résolution des oscillations du calcium après chaque traitement ont été générées avec le microscope ImageXpress Confocal. Globalement, l’intégration de microBrain 3D dans plusieurs plateformes a permis une caractérisation poussée du profil toxicologique d’une banque ciblée et a démontré la possibilité d’intégrer cette plateforme dans le cadre d'études in vitro de phénotypes neuronaux complexes, de profils toxicologiques et de criblage des médicaments.

Références

StemoniX microBrain 3D Assay Ready Plates as a Human iPSC-based Neural Spheroid Platform for High Throughput Drug Screening