箱內(nèi)對類器官藥物篩選延時成像方法分享
通過類器官模型進行藥物篩選實驗的常用方法是使用顯微鏡觀察，該方法需要將類器官樣本頻繁拿出，影響了類器官培養(yǎng)環(huán)境，那么有什么新的方法可以彌補這種不足呢？
本文介紹了一種新方法——使用活細胞成像分析系統(tǒng)，置于培養(yǎng)箱內(nèi)實時動態(tài)成像，監(jiān)測不同藥物處理下類器官變化情況。我們分析了新方法對比常用方法的優(yōu)勢，同時列舉了一篇活細胞成像分析系統(tǒng)應用在類器官藥物篩選方向的代表性高分文章，該文章發(fā)表于《Nature Biomedical Engineering》期刊。新方法獲得了科研人員的認可，在類器官藥物篩選實驗中被廣泛使用，該方法的可靠性得到了證實。
類器官被《Nature Methods》評為2017年度方法，其完美模擬了人體器官的結構和功能，且符合倫理要求，廣泛應用于藥物篩選、疾病建模、基因編輯、再生醫(yī)學等各種領域。
采取合適的方法從大批量化合物中選擇出針對某一特定作用靶點的具有較高活性的化合物過程，即藥物篩選過程。傳統(tǒng)的藥物篩選是從二維（2D）細胞水平或動物水平進行的，但2D細胞結構無法呈現(xiàn)細胞間相互作用，不能準確模擬人體結構和功能，動物實驗價格昂貴且耗時。類器官技術的出現(xiàn)解決了上述難題，類器官是由成體干細胞或多能干細胞進行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成組織類似物，與對應的器官空間組織結構高度相似，能夠重現(xiàn)對應器官的功能。通過類器官模型進行藥物篩選，速度快，通量高，臨床相關性強，目前可篩選的藥物種類包括化療藥、小分子靶向藥、抗體藥物等。
類器官藥物篩選實驗步驟：
上述步驟為類器官藥物篩選實驗的常規(guī)操作，在類器官培養(yǎng)觀察過程中仍存在一些不足，如人工在顯微鏡下拍攝類器官圖像，無法監(jiān)測類器官培養(yǎng)全過程，且頻繁取出樣本耗時耗力，改變了類器官培養(yǎng)環(huán)境。顯微鏡下孔板內(nèi)各孔的類器官培養(yǎng)情況無法全面呈現(xiàn)，最終獲得的分析數(shù)據(jù)有限。
那么有什么新工具可以彌補這些不足，助力于類器官藥物篩選實驗呢？
奎克泰生物的JuLI™系列實時活細胞成像分析系統(tǒng)能夠為類器官藥物篩選實驗提供所需要的工具。JuLI™系列設備操作簡單，無需復雜人工操作，省時省力；無需頻繁取出樣本觀察，提供穩(wěn)定的生長環(huán)境；實時觀察，延時記錄，全面呈現(xiàn)類器官培養(yǎng)情況，獲取大量數(shù)據(jù)進行分析。
JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，具有全自動X-Y-Z軸、三色熒光、自動/手動對焦、Z-Stack、圖像拼接等功能。可以對類器官進行實時觀察，拍攝記錄生長周期的全過程，在保持類器官生長環(huán)境穩(wěn)定的情況下，同時對類器官拍照，形成視頻，提供類器官培養(yǎng)實驗的量化結果。
圖1 JuLI™ Stage設備圖
圖2 脊髓樣類器官藥物篩選流程圖
研究者使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)在4×物鏡下拍攝不同藥物不同劑量下處理15天后的明場脊髓類器官圖像，結果表明經(jīng)VPA和CBZ處理后脊髓樣類器官神經(jīng)管閉合失敗，其他組則表現(xiàn)正常，證明了VPA和CBZ處理hSCOs有較高的畸形風險，兩種藥物有較高的致癲痢風險。
更多使用案例期待您的發(fā)現(xiàn)！
參考文獻：
本文介紹了一種新方法——使用活細胞成像分析系統(tǒng)，置于培養(yǎng)箱內(nèi)實時動態(tài)成像，監(jiān)測不同藥物處理下類器官變化情況。我們分析了新方法對比常用方法的優(yōu)勢，同時列舉了一篇活細胞成像分析系統(tǒng)應用在類器官藥物篩選方向的代表性高分文章，該文章發(fā)表于《Nature Biomedical Engineering》期刊。新方法獲得了科研人員的認可，在類器官藥物篩選實驗中被廣泛使用，該方法的可靠性得到了證實。
類器官被《Nature Methods》評為2017年度方法，其完美模擬了人體器官的結構和功能，且符合倫理要求，廣泛應用于藥物篩選、疾病建模、基因編輯、再生醫(yī)學等各種領域。
采取合適的方法從大批量化合物中選擇出針對某一特定作用靶點的具有較高活性的化合物過程，即藥物篩選過程。傳統(tǒng)的藥物篩選是從二維（2D）細胞水平或動物水平進行的，但2D細胞結構無法呈現(xiàn)細胞間相互作用，不能準確模擬人體結構和功能，動物實驗價格昂貴且耗時。類器官技術的出現(xiàn)解決了上述難題，類器官是由成體干細胞或多能干細胞進行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成組織類似物，與對應的器官空間組織結構高度相似，能夠重現(xiàn)對應器官的功能。通過類器官模型進行藥物篩選，速度快，通量高，臨床相關性強，目前可篩選的藥物種類包括化療藥、小分子靶向藥、抗體藥物等。
類器官藥物篩選實驗步驟：
- 類器官構建：干細胞在類器官培養(yǎng)液中培養(yǎng)至其生長到合適的密度，將細胞轉移到低附著性的培養(yǎng)皿中進行類器官培養(yǎng)。
- 類器官鑒定：通過多種方式驗證類器官與體內(nèi)器官結構和功能相似，可用于后續(xù)藥物篩選實驗。
- 藥物篩選：培養(yǎng)基中添加不同劑量的不同藥物，繼續(xù)培養(yǎng)一段時間。
- 結果觀察：使用顯微鏡或其他設備觀察類器官形態(tài)變化。
上述步驟為類器官藥物篩選實驗的常規(guī)操作，在類器官培養(yǎng)觀察過程中仍存在一些不足，如人工在顯微鏡下拍攝類器官圖像，無法監(jiān)測類器官培養(yǎng)全過程，且頻繁取出樣本耗時耗力，改變了類器官培養(yǎng)環(huán)境。顯微鏡下孔板內(nèi)各孔的類器官培養(yǎng)情況無法全面呈現(xiàn)，最終獲得的分析數(shù)據(jù)有限。
那么有什么新工具可以彌補這些不足，助力于類器官藥物篩選實驗呢？
奎克泰生物的JuLI™系列實時活細胞成像分析系統(tǒng)能夠為類器官藥物篩選實驗提供所需要的工具。JuLI™系列設備操作簡單，無需復雜人工操作，省時省力；無需頻繁取出樣本觀察，提供穩(wěn)定的生長環(huán)境；實時觀察，延時記錄，全面呈現(xiàn)類器官培養(yǎng)情況，獲取大量數(shù)據(jù)進行分析。
JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，具有全自動X-Y-Z軸、三色熒光、自動/手動對焦、Z-Stack、圖像拼接等功能。可以對類器官進行實時觀察，拍攝記錄生長周期的全過程，在保持類器官生長環(huán)境穩(wěn)定的情況下，同時對類器官拍照，形成視頻，提供類器官培養(yǎng)實驗的量化結果。
圖1 JuLI™ Stage設備圖
我們挑選了一篇使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)應用在類器官藥物篩選方向的代表性文章，來自高麗大學醫(yī)學院解剖學系的研究團隊在《Nature Biomedical Engineering》期刊發(fā)表題為“Production of human spinal-cord organoids recapitulating neural-tube morphogenesis”的文章，研究人員基于人類多能干細胞誘導的人類脊髓樣組織，不夠成熟且無法模擬神經(jīng)形成的形態(tài)特征，開發(fā)了一種生產(chǎn)人類脊髓樣類器官（hSCO）的3D培養(yǎng)系統(tǒng)，用于篩選可能導致神經(jīng)管缺陷（NTDS）的抗癲癇藥物。研究人員構建脊髓類器官模型，通過體外模型驗證證明了hSCO與體內(nèi)脊髓在轉錄組學、形態(tài)組織學、功能學上具有相似性，繼而進行藥物篩選。
圖2 脊髓樣類器官藥物篩選流程圖
研究者使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)在4×物鏡下拍攝不同藥物不同劑量下處理15天后的明場脊髓類器官圖像，結果表明經(jīng)VPA和CBZ處理后脊髓樣類器官神經(jīng)管閉合失敗，其他組則表現(xiàn)正常，證明了VPA和CBZ處理hSCOs有較高的畸形風險，兩種藥物有較高的致癲痢風險。
圖3 類器官藥物篩選結果圖
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參考文獻：
[1]JuHyun L ,Hyogeun S ,R M S , et al.Production of human spinal-cord organoids recapitulating neural-tube morphogenesis.[J].Nature biomedical engineering,2022,6(4):435-448.（IF28.1）
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