La science des cellules souches et ses avancées présentées à l’ISSCR2021

Si vous n’avez pas eu l’occasion de nous rendre visite lors de nos sessions d’affichage pendant l’ISSCR 2021, ne vous inquiétez pas. Nous avons rassemblé toutes nos sessions ici pour vous.

La réunion annuelle de l’ISSCR a réuni près de 4 000 dirigeants du monde entier pour discuter des nouvelles technologies, partager des idées de recherche et explorer les dernières avancées en matière de science des cellules souches et de médecine régénérative. Grâce à des programmes scientifiques approfondis et des opportunités de réseautage, les visiteurs ont pu trouver l’inspiration et des idées pour faire avancer leurs recherches.

Cette année, nous avons eu l’honneur de participer au salon Innovation Showcase avec notre session  : Culture automatisée et imagerie haut contenu d’organoïdes pulmonaires et cardiaques 3D pour l’évaluation in vitro des effets des composés. Le Dr Oksana Sirenko a expliqué le pourquoi et le comment des flux de travail automatisés de tests biologiques complexes 3D et a expliqué comment les nouvelles avancées dans la technologie d’imagerie haut contenu révèlent des données significatives. Ces données peuvent vous aider à faire évoluer vos tests d’organoïdes pour le criblage et repousser les limites de vos recherches.

Organoïdes cardiaques

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Les sessions d’affiches, qui constituent un élément essentiel de la réunion annuelle de l’ISSCR, permettent aux invités de s’engager en tête-à-tête avec les chercheurs. Ici, nous proposons une expérience virtuelle pour visionner nos présentations à votre guise et nous vous encourageons à nous contacter à tout moment pour discuter de vos défis de recherche.

Inscrivez-vous une fois pour accéder aux cinq sessions d’affiches de cette année et écoutez les webinaires à la demande.

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Poster 1) Présentation de l’innovation : Culture automatisée et imagerie haut contenu d’organoïdes pulmonaires et cardiaques 3D pour l’évaluation in vitro des effets des composés

Présentation de l’innovation  : culture automatisée et imagerie haut contenu
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Les modèles cellulaires dérivés de cellules souches et 3D sont de plus en plus populaires pour étudier les effets biologiques complexes, la fonctionnalité tissulaire et les maladies. Alors que les modèles cellulaires complexes restent un obstacle à l’adoption plus large de la recherche et du développement de médicaments, les leaders de l’industrie éliminent les obstacles grâce à des solutions matérielles et logicielles innovantes qui automatisent la culture, la surveillance et l’analyse des cellules.

Simultanément, les avancées en matière de technologie d’imagerie haut contenu aident à révéler des informations importantes issues de ces systèmes biologiques complexes, invitant les chercheurs à repousser les limites de leurs recherches. Dans ce webinaire, nous décrivons un flux de travail intégré qui nous permet d’automatiser les processus de culture cellulaire, d’imagerie et de maintenance cellulaire pour surveiller le développement des cellules souches et des organoïdes, ainsi que de caractériser les réponses complexes aux composés testés. La méthode a été appliquée pour l’automatisation de trois flux de travail complexes  : Maintenance iPSC, test de toxicité pulmonaire utilisant des organoïdes pulmonaires 3D et surveillance des effets des composés sur l’activité fonctionnelle dans les cultures cardiaques 3D.

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Suivi du développement d’organoïdes et caractérisation des activités d’oscillation du calcium dans des organoïdes cérébraux 3D dérivés d’iPSC

Suivi du développement d’organoïdes dans des organoïdes cérébraux 3D dérivés d’iPSC
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Les organoïdes cérébraux sont une technologie en développement rapide qui a un grand potentiel pour comprendre le développement du cerveau et les maladies neuronales. Ils peuvent également être utilisés pour tester les effets des composés et des troubles génétiques. Le modèle permet la caractérisation d’événements ultérieurs dans le développement cortical, ce qui fournit un système avancé et plus pertinent d’un point de vue biologique pour la recherche et la découverte de médicaments.

Le développement ultérieur de méthodes comprendrait l’adoption du modèle pour le criblage des composés et le test des activités neuronales fonctionnelles. Nous décrivons les méthodes de surveillance des organoïdes cérébraux et de test de leur activité fonctionnelle en enregistrant et en analysant les oscillations du calcium.

Les organoïdes cérébraux ont été développés à partir d’iPSC en utilisant des méthodes établies. Nous avons surveillé la taille et la morphologie du développement de micro-tissus cérébraux sur 4à12 semaines de développement en utilisant des outils d’analyse basés sur l’IA pour définir la taille et la forme des tissus. Des micro-tissus sélectionnés ont été analysés par imagerie confocale au cours de différentes phases de développement afin de déterminer l’organisation cellulaire et l’expression des marqueurs neuronaux. Pour la détection des activités fonctionnelles, des organoïdes ont été chargés avec un colorant sensible au calcium, puis les oscillations de Ca2+ ont été enregistrées avec le système d’imagerie haut contenu ImageXpress® Confocal HT.ai . Nous montrons que l’imagerie haut contenu, associée à une analyse basée sur l’IA et utilisée avec des organoïdes cérébraux 3D, est un outil prometteur pour les criblages de composés et les évaluations de leur toxicité.

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Analyse d’images basée sur l’apprentissage profond pour le suivi en direct et sans marquage des cultures d’organoïdes 3D dérivés d’iPSC

Analyse d’images basée sur l’apprentissage profond des cultures d’organoïdes 3D iPSC
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Les modèles biologiques complexes 3D tels que les organoïdes et les sphéroïdes dérivés de patients sont de plus en plus répandus dans de nombreux domaines de la recherche biomédicale, car ils reproduisent plus fidèlement les tissus in vivo. Ces modèles 3D offrent un énorme potentiel dans la modélisation des maladies, le criblage des médicaments, les études de toxicité, les interactions hôte-microbe et la médecine de précision.

Afin d’utiliser des organoïdes pour les criblages à grande échelle, l’automatisation est de plus en plus utilisée pour traiter la quantité massive d’échantillon, et mettre en culture des lignées d’iPSC (cellules souches pluripotentes induites) plus homogènes et reproductibles et leurs organoïdes dérivés.

La capacité à surveiller les tissus vivants est l’une des principales exigences d’un système de culture automatisé. Ici, nous avons utilisé un outil d’intelligence artificielle (IA) pour réaliser une analyse d’images automatisée des colonies, organoïdes et sphéroïdes iPSC (imagés en fond clair). L’outil du logiciel d’analyse d’images IN Cartaκ offre une interface utilisateur intuitive pour entraîner des modèles basés sur les images fournies par l’utilisateur. L’apprentissage profond (SINAP) permet la détection automatique d’objets complexes d’intérêt (p. ex., colonies de cellules souches ou organoïdes) avec une intervention humaine minimale. Contrairement à l’analyse d’images basée sur l’IA, l’approche traditionnelle d’analyse d’images exige que les utilisateurs fournissent des paramètres d’analyse qui doivent être fréquemment modifiés. Le résultat de l’analyse IN Carta inclut des mesures morphologiques, d’intensité et de texture. Nous démontrons la faisabilité de l’utilisation de la détection d’objets basée sur l’IA et de la caractérisation phénotypique pour trois modèles cellulaires complexes  : expansion des iPSC, développement d’organoïdes pulmonaires 3D et effets des médicaments anticancéreux sur les tumoroïdes. Ces résultats étayent l’intégration des méthodes d’analyse d’images d’apprentissage profond dans tout flux de travail d’automatisation haut contenu qui facilitera grandement la génération à grande échelle d’iPSC et d’organoïdes de haute qualité pour les applications en aval.

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Organoïdes pour la modélisation des maladies et le criblage de médicaments in vitro : Surveillance de culture automatisée, imagerie et analyse de systèmes biologiques complexes

Centre d’innovation des organoïdes
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Des modèles cellulaires 3D représentant divers tissus ont été utilisés avec succès pour étudier des effets biologiques complexes, l’architecture tissulaire et la fonctionnalité. Alors que la complexité des modèles 3D reste un obstacle à l’adoption plus large de la recherche et du criblage de médicaments, des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement d’outils pour la culture automatisée et l’analyse cellulaire.

Nous décrivons un système intégré automatisé qui permet la surveillance, la maintenance et la caractérisation automatisées de la croissance et de la différenciation des cellules souches et des organoïdes, ainsi que le test des effets de divers composés. Le système intégré automatisé comprenait le système ImageXpress Confocal HT.ai, un incubateur automatisé, un manipulateur de liquides Biomek et un dispositif robotique. Nous avons démontré des méthodes pour une automatisation réussie de trois flux de travail complexes  : Culture iPSC, organoïdes pulmonaires 3D et organoïdes intestinaux. Le flux de travail démontre l’utilité de l’automatisation et de l’imagerie haut contenu avancée pour augmenter le débit et les informations dans les tests sur organoïdes, ce qui est essentiel pour le criblage des composés.

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Évaluation haut débit des effets pro-arythmiques induits par des composés dans des cardiomyocytes dérivés d’iPSC humaines

Évaluation des pro-arythmiques induits par les composés
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Le développement de tests cellulaires biologiquement pertinents et prédictifs pour le criblage de composés et l’évaluation de la toxicité est l’un des défis majeurs de la découverte des médicaments. L’objectif de cette étude était d’établir des tests de cardiotoxicité haut débit compatibles en utilisant des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSC).

En utilisant des cardiomyocytes dérivés d’iPSC humaines comme modèle in vitro, nous avons évalué les réponses et la dépendance à la concentration des 28 médicaments liés à des catégories de risques de torsades de pointes (TdP) faibles, intermédiaires et élevés. L’impact de divers composés sur les taux de battement et les profils d’activité spontanée des cardiomyocytes a été surveillé par les variations des oscillations du Ca2+ intracellulaire mesurées par fluorescence cinétique rapide avec des colorants sensibles au calcium sur le système de criblage cellulaire à haut débit FLIPR® Penta.

Nous décrivons une méthode pour l’analyse complexe des oscillations du calcium qui permet la détection et la caractérisation multiparamétrique des pics et modèles d’oscillation. Outre la détection des taux d’oscillation, de la largeur et de l’amplitude des pics, la méthode permet de caractériser des modèles complexes, des pics secondaires, des irrégularités de forme d’onde et bien plus encore que d’20autres affichages importants. Les effets pro-arythmiques induits par les composés, tels que les événements semblables à ceux d’une dépolarisation précoce (EAD) ou les allongements de pic, peuvent être facilement identifiés et signalés.

En outre, la toxicité cellulaire et mitochondriale a été évaluée dans le test de suivi par imagerie haut contenu. Nous avons caractérisé les effets dépendants de la concentration des 28 composés sur différentes lectures et démontré que la présence d’événements semblables à ceux de l’EAD, les allongements de pic et les irrégularités de profil détectables dans le test à des concentrations comparables aux concentrations dans la concentration appropriée dans le sang (Cmax) peuvent être utilisés comme indicateur prédictif fort de l’arythmie cardiaque in vivo .

Les résultats démontrent l’utilité de la méthode pour le criblage haut débit et la détection des effets pro-arythmiques induits par les médicaments in vitro .

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Découvrez les solutions pour l’analyse et la visualisation complexes des données des cellules souches

Que vous commenciez à explorer les avantages des modèles tissulaires 3D et de l’imagerie ou que vous utilisiez des flux de travail 3D avancés, nous pouvons vous proposer des solutions pour les complexités associées à l’analyse des données des organoïdes et des cellules souches, automatiser vos flux de travail de culture 3D pour quantifier et visualiser les structures 3D, et vous aider à réduire les coûts de laboratoire et repousser les limites de vos recherches.

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