Médecine régénérative

La médecine régénérative est le domaine médical concerné par le développement de thérapies cellulaires pour remplacer/réparer/traiter les tissus et organes malades ou blessés. Les cellules souches sont principalement utilisées en raison de leur capacité de différenciation en plusieurs types de cellules. Les cellules souches multipotentes, telles que les cellules souches mésenchymateuses (MSC), et les cellules souches pluripotentes, y compris les cellules souches embryonnaires (ESC) et les cellules souches pluripotentes induites (iPSC), sont utilisées pour fabriquer des produits thérapeutiques.

La culture, la différenciation et l'application fiables des cellules souches sont donc d'une grande importance en médecine régénérative. La «fabrication cellulaire» de cellules souches à grande échelle est réalisée de manière plus fiable à l'aide d'un microscope optique pour déterminer et évaluer quantitativement les indicateurs -clés liés à l'état et à la qualité de la culture. Ces indicateurs peuvent inclure le taux de prolifération, les caractéristiques de formation des colonies, les caractéristiques morphologiques, etc.

Produits pour la médecine régénérative

Vidéo accélérée de 137 heures (intervalles de 40 minutes) de cellules iPS humaines utilisant le contraste de phase.

Gracieuseté d’image : Dr Masahiro Kino-Oka et Dr Mee Hae Kim, Université d'Osaka, École supérieure d'ingénierie, Département de biotechnologie, Laboratoire d'ingénierie des systèmes BioProcess

Le dispositif d'observation cellulaire Nikon BioStudio-T s'adapte à la plupart des incubateurs et enceintes de sécurité biologique utilisés pour la culture cellulaire. L'imagerie en contraste de phase récipient entier est réalisée à l'aide d'une approche unique de balayage d’objectif qui maintient le récipient immobile et permet l'échange de récipients sans perdre d'informations de position. Il est conçu pour prendre en charge les applications de culture de cellules souches et peut être intégré au module d'analyse cellulaire du logiciel NIS-Elements, qui permet de mesurer le nombre de colonies hPSC, la zone de couverture et d'autres facteurs pour différents tests.

Le système d'observation cellulaire BioStudio-mini est une solution d'imagerie cellulaire compacte destinée aux installations de fabrication de cellules. Plusieurs partenaires stratégiques de Nikon dans le domaine ont intégré ce système dans leurs enceintes de sécurité biologique avec une platine au ras de la surface de travail.

Les microscopes inversés Nikon ECLIPSE Ts2 et Ts2-FL sont des microscopes inversés compacts primés conçus pour les travaux de routine liés à la culture cellulaire. Le Ts2-FL possède toutes les fonctionnalités du Ts2 mais fournit en outre une épifluorescence à base de DEL intégrée. Ces microscopes sont le choix habituel pour les travaux de culture cellulaire plus courants et sont plus largement utilisés dans la recherche fondamentale que dans la fabrication.

●: Inclus, ⚬: Optionnel

Techniques de contraste compatibles	BioStudio-T	BioStudio-mini	ECLIPSE Ts2
	BioStudio-T Système d'observation cellulaire	BioStudio-mini Système d'observation cellulaire	ECLIPSE Ts2 Microscopes inversés
Source d'éclairage diascopique	DEL rouge	DEL rouge	Phosphore blanc excité par DEL bleue
Contrôle de position	XYZ motorisé	Z motorisé (en option)	Manuel
Intégration de la caméra	Détecteur CMOS monochrome intégré	Détecteur CMOS monochrome intégré	Sélection libre (facultatif)
Convient bien aux plaques de puits, boîtes de Pétri et flacons	yes	yes	yes
Compatible avec la décontamination par H₂O₂ vaporisé	yes	yes	no
Convient aux installations de fabrication de cellules	yes	yes	no
Fond clair	no	no	yes
Fluorescence sur champ large	no	no	TS2-FL
Contraste de relief Nikon	no	no	yes
Contraste de phase	yes	yes	yes

Discussion sur la médecine régénérative

Application du module d'analyse cellulaire pour créer une image masquée des colonies iPSC présentes dans les données de contraste de phase, permettant la mesure du nombre de colonies et de leur surface respective.

De la culture cellulaire à la fabrication de cellules

La culture/fabrication cellulaire pour produire un produit thérapeutique est très différente de la culture cellulaire telle qu'elle est effectuée de manière routinière dans un cadre de recherche universitaire ou fondamentale. La fabrication dans les secteurs de la santé et de la pharmacie nécessite un niveau supérieur de contrôle de la qualité et d'efficacité opérationnelle et est soumise à beaucoup plus de réglementations. La production prévisible d'un produit de qualité qui répond aux normes requises tout en minimisant les coûts est l'idéal.

L'application de l'analyse d'images pour éclairer la prise de décision aide à éliminer l'un des plus grands obstacles à la fabrication prévisible - la dépendance à l'égard des opérateurs humains, qui introduit intrinsèquement une variabilité, même avec un personnel expérimenté. Des méthodes qualitatives, par exemple « agiter le récipient trois fois après ensemencement », peuvent être testées à l'aide de techniques quantitatives d'analyse d'images et ainsi formalisées.

L'application de systèmes d'ingénierie dérivés de cellules souches 3D pour l'implantation de patients est déjà en cours, par exemple, la culture de greffes de peau. Des tests cliniques de systèmes cellulaires plus complexes sont en cours. L'objectif final est de pouvoir cultiver des organes complexes entièrement fonctionnels tels que le cœur. Notez que les tissus d'ingénierie 3D, y compris divers types d'organoïdes, sont également appliqués aux tests de découverte de médicaments.

Animation de la façon dont le BioStudio-mini peut être installé dans une enceinte de sécurité biologique pour les travaux de culture.

Minimiser la perturbation des cultures cellulaires sensibles

Une variété de types de cellules sont cultivées in vitro, y compris des cellules primaires récemment obtenues à partir de tissus, des lignées cellulaires immortalisées et des cellules souches. Les cultures de lignées cellulaires immortalisées, souvent utilisées pour la recherche biologique fondamentale, peuvent être tout à fait capables de résister à des agressions importantes, telles qu'une densité de semis inappropriée, être laissées à l'extérieur de l'incubateur pendant de longues périodes, etc. Les cellules souches ont tendance à être plus sensibles aux perturbations. . Une attention rigoureuse aux conditions de culture est donc importante lorsque l'on travaille avec des cellules souches, en particulier lorsqu'elles sont cultivées pour être utilisées dans le cadre d'une thérapie.

Un facteur important à considérer est les conditions d'incubation et leur cohérence. Le BioStudio-T et le BioStudio-mini sont plutôt fabriqués pour être suffisamment compacts pour s'adapter aux incubateurs et aux armoires de biosécurité existants.

Les vibrations sont une autre préoccupation. Entre autres facteurs, les vibrations peuvent causer un stress aux cellules et influencer leur schéma d'ensemencement après le passage. Pour minimiser les vibrations, le BioStudio-T utilise une stratégie de balayage d’objectif pour l'acquisition en mosaïque, plutôt que de déplacer l'échantillon.

La phototoxicité est également une préoccupation. Pour cette raison, une technique à faible intensité d'éclairage telle que le contraste de phase est généralement privilégiée. Le marquage par fluorescence peut être une procédure invasive et l'imagerie par fluorescence peut être phototoxique. Les instruments des séries BioStudio de Nikon tirent parti de l'imagerie par contraste de phase à l'aide d'une DEL rouge pour l'éclairage. La lumière rouge transporte moins d'énergie et est moins phototoxique qu'un quantum similaire de lumière bleue.

Cell x Image Lab - Une ressource pour le succès de la culture cellulaire

Soutenir le domaine de la médecine régénérative est un objectif stratégique de Nikon Healthcare. À cette fin, nous avons lancé le site Web Cell x Image Lab, qui détaille comment l'imagerie et l'analyse par microscopie peuvent être utilisées pour donner aux processus et procédures de culture cellulaire un avantage quantitatif, améliorant ainsi le taux de réussite et la reproductibilité de la fabrication de cellules. L'imagerie et l'analyse sont également utiles pour l'assurance qualité et le développement de nouveaux processus et procédures.

Le site Web Cell x Image Lab comprend à la fois une section d'introduction avec des informations de base sur le domaine ainsi que de nombreuses études de cas détaillant des applications d'imagerie et d'analyse spécifiques pour la culture et la fabrication de cellules.

Glossaire

Compatible avec la décontamination par H₂O₂ vaporisé: La décontamination au peroxyde d'hydrogène vaporisé est une norme de l'industrie pour les espaces clos. Il est largement appliqué dans les hôpitaux et autres établissements médicaux.
Contrôle de position: La possibilité de translater la position de l'échantillon ou de la numérisation à l'aide de composants de système motorisés, par exemple, à l'aide d‘une commande en Z motorisée pour déplacer l'objectif et le plan focal correspondant.
Convient aux installations de fabrication de cellules: Il s'agit de savoir si les systèmes peuvent effectuer des types courants d'essais appliqués dans les installations de fabrication de cellules (par exemple, l'identification de colonies de cellules souches).
Convient bien aux plaques de puits, boîtes de Pétri et flacons: Ce sont les types courants de récipients utilisés pour la culture de cellules. Cette catégorie fait référence à la disponibilité des plateformes/inserts Nikon pour les récipients de taille standard.
Intégration de la caméra: Nikon propose une variété d'options d'appareil photo, y compris des options CMOS couleur et monochrome rapides.
Source d'éclairage diascopique: Les sources d'éclairage pour les techniques de contraste basées sur la lumière transmise diascopique sont généralement des diodes électroluminescentes (DEL) ou des lampes halogènes. Les DEL sont un choix lumineux, écologique et plus économe en énergie.
Techniques de contraste compatibles: Le contraste de phase est la norme pour la culture et la fabrication de cellules, mais parfois d'autres techniques (par exemple, la fluorescence) sont nécessaires.