箱內(nèi)對(duì)類(lèi)器官藥物篩選延時(shí)成像方法分享
通過(guò)類(lèi)器官模型進(jìn)行藥物篩選實(shí)驗(yàn)的常用方法是使用顯微鏡觀察，該方法需要將類(lèi)器官樣本頻繁拿出，影響了類(lèi)器官培養(yǎng)環(huán)境，那么有什么新的方法可以彌補(bǔ)這種不足呢？
本文介紹了一種新方法——使用活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)，置于培養(yǎng)箱內(nèi)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，監(jiān)測(cè)不同藥物處理下類(lèi)器官變化情況。我們分析了新方法對(duì)比常用方法的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)列舉了一篇活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)應(yīng)用在類(lèi)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(rèn)可，在類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)中被廣泛使用，該方法的可靠性得到了證實(shí)。
類(lèi)器官被《Nature Methods》評(píng)為2017年度方法，其完美模擬了人體器官的結(jié)構(gòu)和功能，且符合倫理要求，廣泛應(yīng)用于藥物篩選、疾病建模、基因編輯、再生醫(yī)學(xué)等各種領(lǐng)域。
采取合適的方法從大批量化合物中選擇出針對(duì)某一特定作用靶點(diǎn)的具有較高活性的化合物過(guò)程，即藥物篩選過(guò)程。傳統(tǒng)的藥物篩選是從二維（2D）細(xì)胞水平或動(dòng)物水平進(jìn)行的，但2D細(xì)胞結(jié)構(gòu)無(wú)法呈現(xiàn)細(xì)胞間相互作用，不能準(zhǔn)確模擬人體結(jié)構(gòu)和功能，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)價(jià)格昂貴且耗時(shí)。類(lèi)器官技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述難題，類(lèi)器官是由成體干細(xì)胞或多能干細(xì)胞進(jìn)行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成組織類(lèi)似物，與對(duì)應(yīng)的器官空間組織結(jié)構(gòu)高度相似，能夠重現(xiàn)對(duì)應(yīng)器官的功能。通過(guò)類(lèi)器官模型進(jìn)行藥物篩選，速度快，通量高，臨床相關(guān)性強(qiáng)，目前可篩選的藥物種類(lèi)包括化療藥、小分子靶向藥、抗體藥物等。
類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)步驟：
上述步驟為類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)的常規(guī)操作，在類(lèi)器官培養(yǎng)觀察過(guò)程中仍存在一些不足，如人工在顯微鏡下拍攝類(lèi)器官圖像，無(wú)法監(jiān)測(cè)類(lèi)器官培養(yǎng)全過(guò)程，且頻繁取出樣本耗時(shí)耗力，改變了類(lèi)器官培養(yǎng)環(huán)境。顯微鏡下孔板內(nèi)各孔的類(lèi)器官培養(yǎng)情況無(wú)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(bǔ)這些不足，助力于類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?nbsp;
奎克泰生物的JuLI™系列實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠?yàn)轭?lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)提供所需要的工具。JuLI™系列設(shè)備操作簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜人工操作，省時(shí)省力；無(wú)需頻繁取出樣本觀察，提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境；實(shí)時(shí)觀察，延時(shí)記錄，全面呈現(xiàn)類(lèi)器官培養(yǎng)情況，獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，具有全自動(dòng)X-Y-Z軸、三色熒光、自動(dòng)/手動(dòng)對(duì)焦、Z-Stack、圖像拼接等功能�？梢詫�(duì)類(lèi)器官進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，拍攝記錄生長(zhǎng)周期的全過(guò)程，在保持類(lèi)器官生長(zhǎng)環(huán)境穩(wěn)定的情況下，同時(shí)對(duì)類(lèi)器官拍照，形成視頻，提供類(lèi)器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的量化結(jié)果。
圖1 JuLI™ Stage設(shè)備圖
圖2 脊髓樣類(lèi)器官藥物篩選流程圖
研究者使用JuLI™ Stage活細(xì)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(chǎng)脊髓類(lèi)器官圖像，結(jié)果表明經(jīng)VPA和CBZ處理后脊髓樣類(lèi)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(fēng)險(xiǎn)，兩種藥物有較高的致癲痢風(fēng)險(xiǎn)。
更多使用案例期待您的發(fā)現(xiàn)！
參考文獻(xiàn)：
本文介紹了一種新方法——使用活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)，置于培養(yǎng)箱內(nèi)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，監(jiān)測(cè)不同藥物處理下類(lèi)器官變化情況。我們分析了新方法對(duì)比常用方法的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)列舉了一篇活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)應(yīng)用在類(lèi)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(rèn)可，在類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)中被廣泛使用，該方法的可靠性得到了證實(shí)。
類(lèi)器官被《Nature Methods》評(píng)為2017年度方法，其完美模擬了人體器官的結(jié)構(gòu)和功能，且符合倫理要求，廣泛應(yīng)用于藥物篩選、疾病建模、基因編輯、再生醫(yī)學(xué)等各種領(lǐng)域。
采取合適的方法從大批量化合物中選擇出針對(duì)某一特定作用靶點(diǎn)的具有較高活性的化合物過(guò)程，即藥物篩選過(guò)程。傳統(tǒng)的藥物篩選是從二維（2D）細(xì)胞水平或動(dòng)物水平進(jìn)行的，但2D細(xì)胞結(jié)構(gòu)無(wú)法呈現(xiàn)細(xì)胞間相互作用，不能準(zhǔn)確模擬人體結(jié)構(gòu)和功能，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)價(jià)格昂貴且耗時(shí)。類(lèi)器官技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述難題，類(lèi)器官是由成體干細(xì)胞或多能干細(xì)胞進(jìn)行體外三維（3D）培養(yǎng)而形成組織類(lèi)似物，與對(duì)應(yīng)的器官空間組織結(jié)構(gòu)高度相似，能夠重現(xiàn)對(duì)應(yīng)器官的功能。通過(guò)類(lèi)器官模型進(jìn)行藥物篩選，速度快，通量高，臨床相關(guān)性強(qiáng)，目前可篩選的藥物種類(lèi)包括化療藥、小分子靶向藥、抗體藥物等。
類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)步驟：
- 類(lèi)器官構(gòu)建：干細(xì)胞在類(lèi)器官培養(yǎng)液中培養(yǎng)至其生長(zhǎng)到合適的密度，將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到低附著性的培養(yǎng)皿中進(jìn)行類(lèi)器官培養(yǎng)。
- 類(lèi)器官鑒定：通過(guò)多種方式驗(yàn)證類(lèi)器官與體內(nèi)器官結(jié)構(gòu)和功能相似，可用于后續(xù)藥物篩選實(shí)驗(yàn)。
- 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(shí)間。
- 結(jié)果觀察：使用顯微鏡或其他設(shè)備觀察類(lèi)器官形態(tài)變化。
上述步驟為類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)的常規(guī)操作，在類(lèi)器官培養(yǎng)觀察過(guò)程中仍存在一些不足，如人工在顯微鏡下拍攝類(lèi)器官圖像，無(wú)法監(jiān)測(cè)類(lèi)器官培養(yǎng)全過(guò)程，且頻繁取出樣本耗時(shí)耗力，改變了類(lèi)器官培養(yǎng)環(huán)境。顯微鏡下孔板內(nèi)各孔的類(lèi)器官培養(yǎng)情況無(wú)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(bǔ)這些不足，助力于類(lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?nbsp;
奎克泰生物的JuLI™系列實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠?yàn)轭?lèi)器官藥物篩選實(shí)驗(yàn)提供所需要的工具。JuLI™系列設(shè)備操作簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜人工操作，省時(shí)省力；無(wú)需頻繁取出樣本觀察，提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境；實(shí)時(shí)觀察，延時(shí)記錄，全面呈現(xiàn)類(lèi)器官培養(yǎng)情況，獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，具有全自動(dòng)X-Y-Z軸、三色熒光、自動(dòng)/手動(dòng)對(duì)焦、Z-Stack、圖像拼接等功能�？梢詫�(duì)類(lèi)器官進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，拍攝記錄生長(zhǎng)周期的全過(guò)程，在保持類(lèi)器官生長(zhǎng)環(huán)境穩(wěn)定的情況下，同時(shí)對(duì)類(lèi)器官拍照，形成視頻，提供類(lèi)器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的量化結(jié)果。
圖1 JuLI™ Stage設(shè)備圖
我們挑選了一篇使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)應(yīng)用在類(lèi)器官藥物篩選方向的代表性文章，來(lái)自高麗大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)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(lèi)多能干細(xì)胞誘導(dǎo)的人類(lèi)脊髓樣組織，不夠成熟且無(wú)法模擬神經(jīng)形成的形態(tài)特征，開(kāi)發(fā)了一種生產(chǎn)人類(lèi)脊髓樣類(lèi)器官（hSCO）的3D培養(yǎng)系統(tǒng)，用于篩選可能導(dǎo)致神經(jīng)管缺陷（NTDS）的抗癲癇藥物。研究人員構(gòu)建脊髓類(lèi)器官模型，通過(guò)體外模型驗(yàn)證證明了hSCO與體內(nèi)脊髓在轉(zhuǎn)錄組學(xué)、形態(tài)組織學(xué)、功能學(xué)上具有相似性，繼而進(jìn)行藥物篩選。
圖2 脊髓樣類(lèi)器官藥物篩選流程圖
研究者使用JuLI™ Stage活細(xì)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(chǎng)脊髓類(lèi)器官圖像，結(jié)果表明經(jīng)VPA和CBZ處理后脊髓樣類(lèi)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(fēng)險(xiǎn)，兩種藥物有較高的致癲痢風(fēng)險(xiǎn)。
圖3 類(lèi)器官藥物篩選結(jié)果圖
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參考文獻(xiàn)：
[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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