ADVANCING 3D CULTURE IMAGING / РОЗВИТОК ВІЗУАЛІЗАЦІЇ 3D КУЛЬТУР

Потенційні можливості застосування таких систем 3D-моделей дуже широкі.

Завдяки своїй більш фізіологічно релевантній природі, вони можуть дозволити дослідникам краще вивчати фізіологічні процеси, такі як розвиток, гомеостаз, регенерацію та хвороби. Вони можуть сприяти дослідженню механізмів, що лежать в основі резистентності до лікарських засобів, зробити можливим дослідження потенційних терапевтичних засобів, а також забезпечити більш точну і прогностичну оцінку токсичності сполук. Додатково, використання цих модельних систем може зменшити потребу в тваринних зразках.

Чим глибше вчені занурюються в тонкощі сфероїдів, тим краще вони розуміють, як стимулювати розвиток регенеративної медицини та природу складних захворювань. Знання, які ці модельні системи можуть запропонувати, принесли користь у дослідженнях раку, нейродегенеративних захворювань та імунологічних розладів.

Органоїди складаються з органоспецифічних типів клітин, які можуть відтворювати просторову організацію та деякі функції справжніх органів.

Вони пропонують фізіологічно релевантну платформу для дослідження складних питань, пов’язаних з виникненням і прогресуванням захворювань, регенерацією тканин та міжорганними взаємодіями.

Ландшафт систем 3D-культур виходить за межі органоїдів, охоплюючи інші помітні зразки, такі як сфероїди та платформи типу «орган-на-чіпі». Сфероїди, зокрема, привертають значну увагу, як більш прогностичні моделі для відкриття ліків. Ці сферичні клітинні агрегати самозбираються в культивованому середовищі, успішно імітуючи архітектуру та функціональність природних тканин. У звичайних двовимірних (2D) культурах клітини ростуть як моношари на плоских поверхнях. На відміну від них, сфероїди створюють більш реалістичне мікросередовище, яке сприяє складним міжклітинним взаємодіям, утворенню складних клітинних з’єднань і створенню градієнтів поживних речовин та кисню подібно до тих, що існують в живих організмах.

Дуже корисним в області біомедичних досліджень фіксованих або живих зразків є Мікрохаб MICA від Leica Microsystems.

Додатково можете ознайомитись із ультрамікротомами та кріо-ультрамікротомами EM UC7, EM FC7 і EM KMR3 від компанії Leica Microsystems, які створені для отримання ультратонких зрізів на зразках.

Зображення 1: Кластер органоїдів, отриманий за допомогою системи підвищення роздільної здатності THUNDER Imager, забарвлений DAPI (ядро) і GFP (плазматична мембрана). Зображення надано Даною Краусс, Інститут дослідження раку, Віденський медичний університет, Відень, Австрія.

Зображення 2: Клітини MIN6, вирощені у вигляді псевдоострівців (бета-клітини підшлункової залози). DAPI (синій), Інсулін (Alexa488, зелений), мембранний рецептор (Alexa594, червоний), фалоїдин (Alexa647, білий). Зразок наданий доктором Ремі Боннавіоном, Інститут досліджень серця і легенів імені Макса Планка, Бад Наухайм (Німеччина).

Відтворюючи складність та фізіологічну значущість нативних тканин, сфероїди можуть дати глибоке розуміння клітинних сигнальних шляхів, чутливість до ліків та вплив мікросередовища на клітинні фенотипи. Для коректного відтворення особливо важливо дотримуватися всіх правил перенесення зразків з кріосистем в оптичні мікроскопи. На цьому етапі буде дуже корисним рішення EM Cryo CLEM від Leica Microsystems.

Зображення 3D-культур за допомогою системи підвищення роздільної здатності Leica THUNDER Imager.

Стандартизація і відтворюваність культур, масштабованість для високопродуктивних застосувань, васкуляризація задля збільшення пропускної здатності, довгострокова життєздатність, візуалізація глибоко всередині 3D-структур і неоднорідність клітинного складу є одними з ключових викликів, з якими стикаються дослідники при роботі з органоїдами та сфероїдами. Подолання цих викликів сприятиме подальшому розширенню потенціалу 3D-моделей для розуміння складних біологічних процесів та покращення процесу відкриття і розробки ліків.

Мікроскопія відіграє вирішальну роль у вивченні як органоїдів, так і сфероїдів, розкриваючи деталі клітинних структур, взаємодій у мікросередовищі та динамічні процеси в живих клітинах.

Однак візуалізація цих моделей пов’язана з унікальними викликами. Їх компактна і складна природа часто не піддаються звичайним методам візуалізації, перешкоджаючи спробам захопити весь сфероїд або отримати зображення з високою роздільною здатністю його складових клітинних компонентів. Аналіз просторового розподілу клітин у межах органоїда або сфероїда, а також кількісна оцінка клітинних взаємодій вимагає спеціалізованих засобів візуалізації та обчислювальних інструментів.

Додатково можете прочитати про конфокальну лазерну сканувальну мікроскопію STELLARIS від Leica Microsystems

У цій електронній книзі розглянуті деякі проблеми, що виникають при візуалізації таких типів 3D-моделей, проливаючи світло на інноваційні рішення для мікроскопії, які можуть розширити можливості вчених у досягненні нових успіхів у таких галузях, як регенеративна медицина, розробка ліків та дослідження хвороб.