L’équipe Visikol développe des modèles de culture cellulaire 3D pour simuler le processus de progression des maladies NASH et NAFLD à l’aide du système d’imagerie à haut contenu ImageXpress Micro Confocal et du logiciel MetaXpress

Le défi

Dans le domaine de la stéatohépatite non-alcoolique (NASH) et de la stéatose hépatique non-alcoolique (NAFLD), il est nécessaire d’avoir un modèle in vitro qui permette aux chercheurs de mieux déterminer les agents thérapeutiques potentiels au cours de tests in vitro moins coûteux et à débit moyen. Ces maladies hépatiques affectent chaque année des millions de personnes aux États-Unis, mais il existe peu de traitements thérapeutiques efficaces. Visikol s’attache à faire évoluer le paradigme de l’analyse des tissus et des cellules d’une approche qualitative conduite par l’homme à une approche quantitative conduite par l'ordinateur. L’entreprise offre des services aux clients des secteurs pharmaceutique et biotechnologique pour les aider à accélérer leurs efforts de découverte de médicaments et à réduire l’écart de transposition entre les études in vitro et in vivo grâce à l’utilisation de modèles de culture cellulaire et de techniques d’analyse avancés.

Les premiers stades de la NASH et de la NAFLD sont connus pour être réversibles, mais les chercheurs ont eu du mal à mettre au point des traitements pour inverser ce processus. L’une des principales difficultés dans la mise au point de ces traitements est qu’il n’existe pas de modèles in vitro prédictifs qui représentent précisément le foie et la progression de la maladie NASH ou NAFLD in vitro. En raison de ce manque de modèles in vitro, plusieurs essais cliniques de stade avancé ont échoué et le coût et le temps de développement de ces traitements ont été importants.

De plus, l’imagerie des modèles de culture cellulaire 3D est difficile car le matériel biologique diffracte efficacement la lumière et la qualité de l’image se détériore rapidement dans les échantillons plus épais. En outre, le traitement des ensembles de données tridimensionnelles peut être difficile pour obtenir un marquage uniforme des tissus en 3D.

La solution

Pour l’imagerie, Visikol a utilisé le système d’imagerie à haut contenu ImageXpress® Micro Confocal, qui permet aux chercheurs de visualiser entièrement des modèles de culture cellulaire 3D (ou sphéroïdes) lorsqu’ils sont combinés avec Visikol® HISTO-M^™. Le logiciel d’acquisition et d’analyse d’images haut contenu MetaXpress® a fourni une disposition de chaque puits dans la plaque (chaque puits contenant un sphéroïde). L’équipe Visikol a sélectionné la bonne longueur d’onde de lumière pour exciter les fluorophores du modèle, qui ont émis une longueur d’onde de lumière différente, capturée par la caméra de l’imageur. Un seuillage manuel a suivi, permettant l’identification des régions de collagène marquées positivement. En général, l’imagerie est réalisée avec 20 coupes Z, ce qui permet à la caméra de capturer toute la plage du sphéroïde, dont l’épaisseur moyenne est comprise entre 150 et 250 microns. La compression des coupes Z en utilisant l’émission d’intensité maximale de chaque coupe a permis de créer le Z Stack qui est une compilation des émissions les plus brillantes de chaque coupe en une seule image. Les images qui en résultent ont permis de visualiser de multiples canaux immunomarqués, notamment l’albumine, la vimentine, le CD68, le CD31 et le DAPI.

L’imagerie des modèles a permis aux chercheurs de visualiser la manière dont les composés interagissent avec les cellules, ce qui permet de comprendre comment un composé pourrait affecter les participants aux essais cliniques. L’aspect important des modèles 3D pour la NASH est l’analyse du tissu cicatriciel qui se forme dans le modèle. L’imagerie peut également révéler la viabilité des cellules du modèle par rapport aux composés du client.

Logiciel d’acquisition et d’analyse d’images à haut contenu d'informations MetaXpress

Détails

Système d'imagerie à haut contenu ImageXpress Micro Confocal

Détails

Produits utilisés

Le système ImageXpress Micro Confocal est une solution d’imagerie haut contenu qui permet la transition de l’imagerie confocale à l’imagerie à large champ des cellules vivantes et fixées. Il peut capturer des images de grande qualité d’organismes entiers, de tissus épais, de modèles 2D et 3D et d’événements cellulaires ou intracellulaires. L’imagerie confocale à disque rotatif et la caméra sCMOS permettent une imagerie des événements rapides et rares comme le battement des cellules cardiaques et la différenciation des cellules souches. Avec le logiciel MetaXpress, le système assure la prise en charge de nombreuses applications d’imagerie confocale, allant du développement de tests 3D au criblage.

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Les résultats

L’équipe Visikol a mis au point plusieurs modèles de culture cellulaire 3D reproduisant le micro-environnement tissulaire du foie afin de simuler le processus de progression de la NASH et de la NAFLD. Ces modèles sont évalués à l’aide de l’imagerie haut contenu confocale 3D combinée à d’autres résultats et à divers traitements thérapeutiques afin de quantifier l'ampleur dans laquelle ils améliorent le processus de fibrose associé à la NASH.

Les sphéroïdes 3D de co-culture Visikol HepaRG et non-parenchymateux ont été prétraités avec un véhicule ou un inhibiteur d’ALK-5 pendant 1 h avant d’induire une fibrose avec du TGF-β 100 nM pendant 48 h. Dans les images ci-dessus, le DAPI est en bleu, l’indicateur de viabilité est en vert et le pan collagène est en rouge. L’intensité de la fluorescence du pan collagène ainsi que le volume ont été quantifiés pour chaque modèle de culture cellulaire 3D comme décrit ci-dessous. On peut voir que le TGF-β réduit la viabilité cellulaire ainsi que la taille du sphéroïde et initie également le dépôt de collagène alors que l’inhibiteur de l’ALK-5 est capable d’améliorer partiellement à la fois les réductions de la viabilité cellulaire et du dépôt de collagène.