ADVANCING 3D CULTURE IMAGING / РАЗВИТИЕ 3D ВИЗУАЛИЗАЦИИ КУЛЬТУР

Потенциальные возможности применения таких систем 3D-моделей очень широки.

Благодаря своей более физиологически релевантной природе, они могут позволить исследователям лучше изучать физиологические процессы, такие как развитие, гомеостаз, регенерацию и болезни. Они могут способствовать исследованию механизмов, лежащих в основе резистентности к лекарственным средствам, сделать возможным исследование потенциальных терапевтических средств, а также обеспечить более точную и прогностическую оценку токсичности соединений. Дополнительно, использование этих модельных систем может уменьшить потребность в животных образцах.

Чем глубже ученые погружаются в тонкости сфероидов, тем лучше они понимают, как стимулировать развитие регенеративной медицины и природу сложных заболеваний. Знания, которые эти модельные системы могут предложить, принесли пользу в исследованиях рака, нейродегенеративных заболеваний и иммунологических расстройств.

Органоиды состоят из органоспецифических типов клеток, которые могут воспроизводить пространственную организацию и некоторые функции настоящих органов.

Они предлагают физиологически релевантную платформу для исследования сложных вопросов, связанных с возникновением и прогрессированием заболеваний, регенерацией тканей и межорганными взаимодействиями.

Ландшафт систем 3D-культур выходит за пределы органоидов, охватывая другие заметные образцы, такие как сфероиды и платформы типа «орган-на-чипе». Сфероиды, в частности, привлекают значительное внимание, как более прогностические модели для открытия лекарств. Эти сферические клеточные агрегаты самособираются в культивируемой среде, успешно имитируя архитектуру и функциональность природных тканей. В обычных двумерных (2D) культурах клетки растут как монослои на плоских поверхностях. В отличие от них, сфероиды создают более реалистичную микросреду, которая способствует сложным межклеточным взаимодействиям, образованию сложных клеточных соединений и созданию градиентов питательных веществ и кислорода подобно тем, что существуют в живых организмах.

Очень полезным в области биомедицинских исследований фиксированных или живых образцов является Микрохаб MICA от Leica Microsystems.

Дополнительно можете ознакомиться с ультрамикротомами и крио-ультрамикротомами EM UC7, EM FC7 и EM KMR3 от компании Leica Microsystems, которые созданы для получения ультратонких срезов на образцах.

Изображение 1: Кластер органоидов, полученный с помощью системы повышения разрешения THUNDER Imager, окрашенный DAPI (ядро) и GFP (плазматическая мембрана). Изображение предоставлено Даной Краусс, Институт исследования рака, Венский медицинский университет, Вена, Австрия.

Рисунок 2: Клетки MIN6, выращенные в виде псевдо островков (бета-клетки поджелудочной железы). DAPI (синий), Инсулин (Alexa488, зеленый), мембранный рецептор (Alexa594, красный), фалоидин (Alexa647, белый). Образец предоставлен доктором Реми Боннавионом, Институт исследований сердца и легких имени Макса Планка, Бад Наухайм (Германия).

Воспроизводя сложность и физиологическую значимость нативных тканей, сфероиды могут дать глубокое понимание клеточных сигнальных путей, чувствительность к лекарствам и влияние микросреды на клеточные фенотипы. Для корректного воспроизведения особенно важно соблюдать все правила переноса образцов из криосистем в оптические микроскопы. На этом этапе будет очень полезным решение EM Cryo CLEM от Leica Microsystems.

Изображение 3D-культур с помощью системы повышения разрешения Leica THUNDER Imager.

Стандартизация и воспроизводимость культур, масштабируемость для высокопроизводительных применений, васкуляризация для увеличения пропускной способности, долгосрочная жизнеспособность, визуализация глубоко внутри 3D-структур и неоднородность клеточного состава являются одними из ключевых вызовов, с которыми сталкиваются исследователи при работе с органоидами и сфероидами. Преодоление этих вызовов будет способствовать дальнейшему расширению потенциала 3D-моделей для понимания сложных биологических процессов и улучшения процесса открытия и разработки лекарств.

Микроскопия играет решающую роль в изучении как органоидов, так и сфероидов, раскрывая детали клеточных структур, взаимодействий в микросреде и динамические процессы в живых клетках.

Однако визуализация этих моделей связана с уникальными вызовами. Их компактная и сложная природа часто не поддается обычным методам визуализации, препятствуя попыткам захватить весь сфероид или получить изображение с высоким разрешением его составляющих клеточных компонентов. Анализ пространственного распределения клеток в пределах органоида или сфероида, а также количественная оценка клеточных взаимодействий требует специализированных средств визуализации и вычислительных инструментов.

Дополнительно можете прочитать о конфокальной лазерной сканирующей микроскопии STELLARIS от Leica Microsystems.

В этой электронной книге рассмотрены некоторые проблемы, возникающие при визуализации таких типов 3D-моделей, проливая свет на инновационные решения для микроскопии, которые могут расширить возможности ученых в достижении новых успехов в таких областях, как регенеративная медицина, разработка лекарств и исследование болезней.