Permettre l’analyse et l’imagerie haut contenu 3D sur la plateforme « organe sur puce »
Imaginez que vous puissiez imiter l’environnement biologique humain pour la modélisation des maladies et le criblage de médicaments, et ce dans un système à micro-échelle. Avec le développement de modèles « organe sur puce », cela n’est plus non plus non plus non-plausible. Intégrant la microfluidique aux cellules et aux facteurs de croissance, les chercheurs peuvent désormais générer des modèles biologiquement pertinents émulant les comportements physiologiques et mécaniques du tissu réel.
Avec une mise en œuvre réussie, les modèles « organe sur puce » peuvent faire gagner un temps considérable dans la découverte de médicaments, permettant une évaluation plus rapide et plus précise de la pharmacocinétique, de l’efficacité et de la cytotoxicité, ainsi que de la recherche médicale personnalisée.
Dans un avenir peu éloigné, nous serons moins dépendants des modèles animaux pour le développement de médicaments et les tests d’évaluation de la toxicité, car ils imitent plus précisément les conditions in vivo.
Ces systèmes d’organes à micro-échelle sont conçus pour mieux représenter les complexités de la biologie humaine. Cependant, leur complexité présente des difficultés en matière d’imagerie à grande échelle pour obtenir des résultats quantitatifs et reproductibles.
La collaboration révolutionnaire entre Molecular Devices et MIMETAS , un leader mondial des modèles « organe sur puce », peut nous aider à démontrer comment surmonter ces défis de l’imagerie haut contenu 3D.
Qu’est-ce qu’un organe sur puce ?
Les systèmes « organes sur puces » sont des dispositifs de culture cellulaire basés sur la microfluidique qui font la taille d’une clé USB et peuvent résumer les structures et processus complexes des organes humains. Ils se composent d’un biopolymère flexible et translucide avec de minuscules canaux creux contenant des cellules humaines vivantes.
En organisant et compartimentant spécifiquement différents types de cellules, on peut simuler et contrôler les interactions entre d’autres cellules tissulaires de l’organe. Une membrane poreuse sépare généralement les microcanaux pour permettre la diaphonie intercellulaire, comme les interactions entre les cellules endothéliales et épithéliales.
OrganoPlate : Solution de pointe de MIMETAS pour la modélisation tissulaire
Fondée en 2014 à Leiden, aux Pays-Bas, MIMETAS est un pionnier des modèles « organe sur puce » permettant l’étude de modèles de maladies humaines. Leur innovation clé, OrganoPlate®, est une plateforme basée sur la microfluidique qui prend en charge jusqu’à modèles 96 tissulaires sur une seule plaque.
OrganoPlate doit sa polyvalence et sa simplicité à la technologie PhaseGuideκ. Contrairement aux organes sur puce traditionnels, la technologie brevetée de manipulation des liquides permet la formation sans membrane de matrices extracellulaires en 3D. Cela permet la libre circulation et les interactions des cellules et l’introduction de protéines et de composés de co-culture.
Les réseaux microfluidiques d’OrganoPlate facilitent un débit de milieu filtrant continu sans pompes ni tubulures externes. Le mouvement des nutriments, de l’oxygène, des facteurs de croissance et des conditions de co-culture est médié par une technologie basée sur la gravité. Cela permet une perfusion continue qui imite le flux sanguin. Ces facteurs font d’OrganoPlate une excellente source pour étudier la perméabilité, la migration, l’excroissance, l’invasion, l’angiogenèse et les interactions cellule/cellule complexes.
Solutions d’imagerie haut contenu 3D pour organe sur puce
Étant donné que les modèles « organe sur puce » sont compatibles avec divers tests, de l’immunomarquage à la viabilité en passant par la qPCR, la surveillance et l’analyse des résultats sont souvent plus complexes que les modèles in vitro 2D.
La bonne nouvelle est que OrganoPlate contient un fond en verre de qualité microscopique qui en fait le seul modèle « organe sur puce » adapté à l’imagerie haut débit et haut contenu.
MIMETAS a collaboré avec Molecular Devices pour améliorer ses compétences et son équipement d’imagerie haut contenu 3D. L’un des produits récents de cette collaboration est l’installation du nouveau système d’imagerie à haut contenu ImageXpress® Micro Confocal de Molecular Devices. Pour aller encore plus loin, nous proposons également une formation personnalisée aux clients de MIMETAS. Les chercheurs peuvent apprendre comment concevoir et mener des expériences « organe sur puce » sur OrganoPlate et évaluer par imagerie les cultures cellulaires 3D à l’aide d’ImageXpress Micro Confocal.
Regardons maintenant comment cela s’applique à des modèles tissulaires spécifiques.
Angiogenèse
L’angiogenèse implique la formation de nouveaux vaisseaux sanguins, ainsi que la régénération des vaisseaux endommagés. Il ne fait pas seulement partie intégrante de la croissance, du développement et de la réparation des tissus, mais constitue également un phénomène courant dans l’invasion et les métastases tumorales. Par conséquent, l’imagerie réussie des mécanismes angiogéniques peut ouvrir la voie à la découverte de médicaments contre le cancer angiogénique. Cependant, les tests in vitro actuels fournissent des informations limitées et ne permettent pas d’illustrer le germement endothélial et la croissance des vaisseaux.
La plateforme OrganoPlate fournit aux chercheurs un modèle plus éclairé pour quantifier et visualiser le nombre et la taille des germes angiogéniques, ainsi que les marqueurs angiogéniques de prolifération et d’expression.
Au cours de la première étude d’angiogenèse menée par MIMETAS avec Molecular Devices, OrganoPlate 3 voies a été utilisé pour développer le modèle d’angiogenèse. Chacune des 40 puces de l’OrganoPlate se composait de trois canaux, avec le contenu suivant de haut en bas : cellules endothéliales, gel de matrice extracellulaire (MEC) de collagène I et facteurs angiogéniques. Puis, comme illustré dans la note d’application, Analyse d’images 3D et caractérisation de l’angiogenèse dans le modèle « organe sur puce », la formation de germes angiogéniques a été surveillée au cours des quatre jours suivants.
Jour 1 (gauche) et jour 4 (droite) de germes angiogéniques dans OrganoPlate avec grossissement 20X.
Les noyaux, la molécule d’adhésion cellulaire VE-cadhérine et les filaments d’actine des cellules endothéliales ont été marqués de manière différentielle. En utilisant le mode confocal du système d’imagerie à haut contenu ImageXpress Micro Confocal, les chercheurs ont pu visualiser les germes après 1 jour et 4 jours de culture . Une analyse plus approfondie de ces images a été réalisée avec l’éditeur de modules personnalisés (CME) dans le logiciel d’acquisition et d’analyse d’images haut contenu MetaXpress® . Cette analyse a fourni des informations précieuses sur la croissance des vaisseaux en fonction du temps en révélant divers facteurs, tels que le nombre total de germes, le nombre de noyaux par germe, le volume, l’intensité et les distances entre les germes.
Analyse 3D des germes angiogéniques (verts) et des noyaux (bleus) à l’aide du logiciel d’acquisition et d’analyse d’images haut contenu MetaXpress®.
Excroissance des neurites
Le développement de médicaments pour les maladies neurodégénératives nécessite une compréhension rigoureuse des connexions entre les neurones. Ces connexions, médiées par les structures neuronales étendues sur les cellules appelées axones et dendrites, sont définies comme des neurites. Par conséquent, l’excroissance des neurites est un indicateur significatif de la connectivité neuronale ou des perturbations qui s’y trouvent.
Les tests d’excroissance des neurites peuvent aider à visualiser et analyser quantitativement les signaux intracellulaires et extracellulaires engagés dans la dégénérescence neuronale, mais cela nécessite des modèles tissulaires 3D pertinents d’un point de vue physiologique.
Pour étudier l’inhibition de l’excroissance des neurites, les chercheurs de MIMETAS ont utilisé la plateforme OrganoPlate pour développer des cultures neuronales durables basées sur la microfluidique. Comme le montre le test haut contenu pour la caractérisation morphologique des réseaux neuronaux 3D dans une plateforme microfluidique , les neurones dérivés d’iPSC humains ont été traités avec des composés, qui inhibaient l’excroissance des neurites et étaient marqués de manière différentielle avec trois colorants différents.
Neurones iCell dans un puits capillaire OrganoPlate pendant 72 heures (à gauche) et cellules vivantes marquées avec trois colorants examinés avec le système d’imagerie à haut contenu ImageXpress® Micro Confocal (à droite).
Le système d’imagerie haut contenu ImageXpress Micro Confocal a aidé à évaluer la viabilité neuronale, ainsi que les modifications morphologiques des neurones. L’analyse 3D avec le logiciel MetaXpress a renvoyé des données quantitatives, telles que le nombre de neurites, le volume des neurones, le nombre de noyaux et le nombre de ramifications des neurites.
Les résultats ont prouvé que l’association des systèmes d’imagerie haut contenu OrganoPlate de MIMETAS et de Molecular Devices peut être utilisée pour évaluer l’efficacité et la toxicité neurologiques des médicaments.
Démarrez avec les modèles tissulaires humains 3D et l’imagerie
La mise en œuvre efficace de systèmes « organe sur puce » nécessite une compréhension approfondie du mécanisme de travail. Heureusement, toutes les informations dont vous avez besoin sont disponibles en un clic.
En , Se lancer dans le tissu humain 3D et l’imagerie , Chiwan Chiang (scientifique d’application sur le terrain, MIMETAS) et Oksana Sirenko, PhD (scientifique d’application senior, Molecular Devices) montrent comment obtenir de nouvelles informations puissantes à partir de ces modèles rapidement, facilement et à un prix abordable.
Découvrez la configuration de modèles tissulaires organotypiques 3D dans OrganoPlate et le rôle joué par l’imagerie haut contenu dans les études « organe sur puce ». Les présentateurs discutent des avantages de la modélisation des tissus humains avec deux études de cas. L’étude de cas un, « intestin sur puce », implique le modèle intestinal caco-2 pour évaluer l’intégrité de la barrière. La deuxième étude de cas, l’angiogenèse, concerne le germement angiogénique dans les micro-vaisseaux HUVEC.
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