活細(xì)胞成像儀Holomonitor M4在全息動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)類(lèi)器官的生長(zhǎng)與遷移的應(yīng)用

類(lèi)器官（Organoids）是指利用成體干細(xì)胞或多能干細(xì)胞進(jìn)行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的組織類(lèi)似物。其與對(duì)應(yīng)的人類(lèi)器官擁有高度相似的組織學(xué)特征，并能重現(xiàn)該器官的生理功能。與傳統(tǒng)2D細(xì)胞培養(yǎng)模式相比，3D培養(yǎng)的類(lèi)器官包含多種細(xì)胞類(lèi)型，突破了細(xì)胞間單純的物理接觸聯(lián)系，形成了更加緊密的細(xì)胞間，細(xì)胞與基質(zhì)間高度相互作用，形成具有功能的“微器官”，能更好地用于模擬器官組織的發(fā)生過(guò)程及生理病理狀態(tài)，因而在基礎(chǔ)研究、臨床診療、藥物模型等多方面均具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

然而在類(lèi)器官培養(yǎng)過(guò)程中的拍攝及定量分析有著許多挑戰(zhàn)：

1、人工手動(dòng)操作拍攝類(lèi)器官圖像，費(fèi)時(shí)耗力通量低；

2、頻繁采集過(guò)程當(dāng)中環(huán)境變化對(duì)類(lèi)器官帶來(lái)影響；

3、常規(guī)顯微鏡下僅能得到類(lèi)器官面積信息，數(shù)據(jù)量少；

4、孔板中拍攝位點(diǎn)難以全面選取，重復(fù)性難以保證。

 

Holomonitor M4強(qiáng)大的全息動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及分析功能助您輕松解決類(lèi)器官拍攝過(guò)程中的痛點(diǎn)，Holomonitor M4機(jī)身小巧可在培養(yǎng)箱中長(zhǎng)期無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)類(lèi)器官避免環(huán)境變化干擾；針對(duì)不同的孔板可進(jìn)行多處自由選點(diǎn)保證實(shí)驗(yàn)重復(fù)性，最高可進(jìn)行96孔板監(jiān)測(cè)；3D成像及強(qiáng)大的分析功能不僅可以提供類(lèi)器官面積形態(tài)變化信息，更能給與體積及遷移等豐富信息。

 

下面給大家分享一篇類(lèi)器官拍攝及定量分析案例。

案例一

Subpopulations of Organoid-Forming Cells Have Different Motility

 

 

口咽鱗狀細(xì)胞癌（OPSCC）干細(xì)胞具有自我更新和分化成腫瘤異質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的能力。David等人采用實(shí)時(shí)數(shù)字全息顯微鏡（Holomonitor M4）對(duì)口咽鱗狀細(xì)胞癌進(jìn)行腫瘤類(lèi)器官形成觀(guān)察。監(jiān)測(cè)結(jié)果展示了腫瘤-類(lèi)器官形成早期細(xì)胞聚集的過(guò)程，并可對(duì)類(lèi)器官面積及光學(xué)體積進(jìn)行篩選。隨后David等人對(duì)OPSCC上皮細(xì)胞進(jìn)行分選，通過(guò)M4對(duì)不同表型的細(xì)胞運(yùn)行及生長(zhǎng)觀(guān)察結(jié)果表明CD44＋細(xì)胞表現(xiàn)出更大的運(yùn)動(dòng)性和腫瘤形成能力。Holomonitor M4提供了一種簡(jiǎn)單無(wú)標(biāo)記的腫瘤類(lèi)器官長(zhǎng)期監(jiān)控分析，可用于評(píng)估類(lèi)器官形成過(guò)程、類(lèi)器官生長(zhǎng)面積及體積量化分析、類(lèi)器官遷移追蹤及藥物篩選。

 

應(yīng)用一

監(jiān)控類(lèi)器官形成數(shù)量，評(píng)估類(lèi)器官最佳接種密度。

 

亮點(diǎn)：Holomonitor M4機(jī)身小巧可在培養(yǎng)箱中長(zhǎng)期無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)類(lèi)器官避免環(huán)境變化干擾。

 

本文通過(guò)15小時(shí)連續(xù)觀(guān)測(cè)不同接種密度下細(xì)胞發(fā)生聚集形成類(lèi)器官時(shí)間，并通過(guò)光學(xué)厚度的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估整體生長(zhǎng)狀況。結(jié)果表示接種密度100個(gè)細(xì)胞/ μL可產(chǎn)生102個(gè)±36個(gè)類(lèi)器官/mm²;1000 個(gè)細(xì)胞/μL 產(chǎn)生 47 ± 34 個(gè)類(lèi)器官/mm²。接種密度會(huì)影響類(lèi)器官的大小和光學(xué)性質(zhì)，細(xì)胞之間的密切接觸，有利于類(lèi)器官的形成。

圖1: 用HoloMonitor M4成像測(cè)定類(lèi)器官的接種密度條件和光學(xué)性質(zhì)。口咽鱗狀細(xì)胞癌（OPSCC）細(xì)胞在以（a）100和（b）1000個(gè)細(xì)胞/ μL的密度接種后15小時(shí)成像，（c）散點(diǎn)圖顯示使用不同接種密度獲得的類(lèi)器官的光學(xué)體積和厚度。

 

應(yīng)用二

長(zhǎng)期監(jiān)控并實(shí)時(shí)量化類(lèi)器官生長(zhǎng)狀態(tài)

 

亮點(diǎn)：HoloMonitor M4 3D成像及強(qiáng)大的分析功能，實(shí)時(shí)量化類(lèi)器官面積及體積變化信息。

 

本文通過(guò)15小時(shí)聯(lián)系觀(guān)測(cè)，評(píng)估影響類(lèi)器官形成和生長(zhǎng)的事件，結(jié)果表明顯示類(lèi)器官在接種后2 h開(kāi)始形成，并通過(guò)面積和光學(xué)厚度隨時(shí)間的增加來(lái)監(jiān)測(cè)整體生長(zhǎng)。在最初的8小時(shí)內(nèi)，細(xì)胞聚集主導(dǎo)了類(lèi)器官的形成；在8-15 h時(shí)類(lèi)器官完全形成，并顯示出穩(wěn)定的直徑和光學(xué)厚度測(cè)量結(jié)果。

 

圖2：使用M4監(jiān)測(cè)15小時(shí)內(nèi)的類(lèi)器官形成情況。（a）水凝膠嵌入培養(yǎng)系統(tǒng)不同時(shí)間點(diǎn)（0,7.5和15小時(shí)）捕獲的M4圖像。（b）五個(gè)類(lèi)器官在15小時(shí)內(nèi)的面積和光學(xué)體積增加情況。

應(yīng)用三

不同基因型細(xì)胞形成類(lèi)器官能力及其運(yùn)動(dòng)情況分析

 

亮點(diǎn)：HoloMonitor M4可針對(duì)不同的孔板可進(jìn)行多處自由選點(diǎn)，可以保證實(shí)驗(yàn)重復(fù)性；強(qiáng)大的分析功能給出細(xì)胞遷移距離及速度等豐富信息。

 

在OPSCC類(lèi)器官形成過(guò)程中，14%細(xì)胞沒(méi)有形成任何3D結(jié)構(gòu)，表明可能存在具有不同類(lèi)器官形成能力的細(xì)胞亞群。通過(guò)根據(jù)CD44和NGFR（表達(dá)對(duì)單個(gè)OPSCC細(xì)胞的類(lèi)器官形成能力和運(yùn)動(dòng)差異性進(jìn)行分類(lèi)來(lái)進(jìn)行評(píng)估。分選后三種不同表型的細(xì)胞，CD44 +/ NGFR+，CD44+ / NGFR−和 CD44−/NGFR−，在水凝膠中接種并使用HoloMonitor M4進(jìn)行跟蹤。結(jié)果顯示CD44＋表達(dá)的細(xì)胞在15h內(nèi)可以形成類(lèi)器官且顯示出更大的平均運(yùn)動(dòng)性（140-240μm），而CD44−腫瘤細(xì)胞無(wú)法形成類(lèi)器官且在水凝膠移動(dòng)緩慢（〜30μm）。 

 

 

圖3：不同口咽鱗狀細(xì)胞癌-細(xì)胞表型的類(lèi)器官形成能力和運(yùn)動(dòng)性。（b）根據(jù)CD44和NGFR的表達(dá)獲得單個(gè)細(xì)胞的平均累積運(yùn)動(dòng)性，對(duì)五個(gè)表型的類(lèi)器官進(jìn)行重復(fù)監(jiān)測(cè)。

 

參考文獻(xiàn)：

[1] Gomez Jimenez D, Carreira Santos S, Greiff L, et al. Subpopulations of Organoid-Forming Cells Have Different Motility. Applied Sciences. 2020; 10(13):4673.

https://doi.org/10.3390/app10134673.

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