Imaging di organoidi e organ-on-a-chip

Per molti anni le cellule coltivate in vitro sono servite come sistemi modello per innumerevoli applicazioni di ricerca. Le cellule in coltura vengono mantenute in sospensione o aderenti alla superficie di un recipienta di cultura. Tuttavia, la fisiologia delle cellule isolate è molto diversa da quella dei tessuti o degli organismi interi. Per questo motivo, vari sistemi di coltura cellulare 3D stanno rapidamente guadagnando popolarità, inclusi organoidi, organ-on-chip, sferoidi e altro ancora. Gli organ-on-chip sono modelli di screening dei farmaci particolarmente promettenti in quanto possono ricapitolare le funzioni chiave dell'organo/tessuto di interesse in un sistema più standardizzato. Gli organ-on-chip e gli organoidi più in generale spesso consentono l'uso di più tipi di cellule nella loro organizzazione.

Prodotti per imaging di organoidi e organ-on-chip

Stack di immagini 3D di un modello di angiogenesi coltivato utilizzando il sistema OrganoPlate® (MIMETAS).

La serie di microscopi confocali AX / AX R recentemente introdotta da Nikon è applicabile all'imaging di colture cellulari 3D. L'usabilità dell'AX / AX R è migliorata grazie al nuovo modulo software Autosignal.ai basato sull'intelligenza artificiale (AI); le impostazioni confocali ottimali (ad es. potenza laser, gain) vengono identificate automaticamente in pochi secondi. Questi sistemi confocali forniscono in modo univoco un ampio campo visivo (FOV) di 25 mm accoppiato con una scansione con risoluzione di 8192 x 8192 pixel, che può essere utile per l'imaging di campioni di grandi dimensioni come organoidi a piena risoluzione e senza acquisizione affiancata. L'imaging dal vivo beneficia dello scanner risonante ad alta velocità presente sul modello AX R, che consente un'imaging veloce con una risoluzione fino a 2048 x 2048 pixel sull'intero campo visivo di 25 mm.

Il sistema confocale Yokogawa CSU-W1 a disco rotante è adatto anche per l'imaging di vari tipi di colture cellulari 3D. Mentre i sistemi a disco rotante come il CSU-W1 hanno una profondità di imaging più limitata rispetto ai sistemi a scansione puntiforme, il CSU-W1 incorpora una spaziatura pinhole extra-ampia per aumentare la profondità di imaging rispetto ad altri modelli confocali a disco rotante riducendo il crosstalk del pinhole. La CSU-W1 offre anche un ampio campo visivo di circa 22,5 mm e un'opzione per un disco rotante con pinholes di 25 μm di diametro, che consente l'imaging con obiettivi di ingrandimento inferiore e FOV più grande mantenendo al contempo la confocalità.

●: included, ⚬: option

Adattatori campione disponibili	AX / AX R	CSU-W1
	AX / AX R Microscopi confocali	CSU-W1 Scanner confocale a disco rotante
Limite di profondità di imaging relativo	~100 – 500 μm	~50 – 100 μm
Tipo di rilevatore	Fotorilevatori multi-alcali e a singolo elemento basati su GaAsP	Telecamere sCMOS ed EM-CCD
Campo visivo	25 mm	~22.5 mm
Emulate Chips	yes	yes
Emulate PODs	yes	yes
Mimetas Organoplates	yes	yes
AIM Biotech Chips	yes	yes
Nortis Chips	yes	yes
Tissuse Chips	yes	yes

Discussione sull'imaging di organoide e Organ-on-a-chip

Questa immagine è dello strato funzionale in un chip renale Emulate (cellule epiteliali del tubulo prossimale). È stata scattata con l'obiettivo Nikon CFI S Plan Fluor LWD 20XC. I vantaggi dell'obiettivo per questo sistema specifico includono la lunga distanza di lavoro, il collare di correzione, l'ampio campo visivo e l'alto NA di 0,70. Senza queste caratteristiche è difficile ottenere immagini ad alta risoluzione così profondamente nel chip. Questo set di dati copre l'intero canale inferiore e superiore del chip per fornire una visione completa dell'intero sistema microfisiologico.

Selezione di una lente obiettiva per l'imaging di organoidi e Organ-on-chip

Come abbiamo detto, la principale sfida di imaging presentata dagli organoidi e da altri modelli di colture cellulari 3D è il loro spessore. Una tipica cellula aderente ha uno spessore di circa 5 μm e può aderire direttamente a una superficie di vetro di qualità ottica per l'osservazione con obiettivi ad immersione in olio ad alta apertura numerica (NA). I modelli di coltura 3D sono significativamente più difficili da visualizzare in quanto possono avere uno spessore da decine a centinaia di μm e non sempre sono collegati direttamente a una superficie ottica di alta qualità.

Una delle selezioni hardware più importanti è l'obiettivo. Gli obiettivi ad immersione in olio ad alto NA possono non avere la necessaria distanza di lavoro e/o corrispondere male all'indice di rifrazione dei campioni biologici 3D (con conseguente aberrazione ottica). Per risolvere questo problema, Nikon ha introdotto gli obiettivi della serie Silicone Immersion, che forniscono un NA elevato, distanze di lavoro più lunghe e una migliore corrispondenza dell'indice di rifrazione tramite l'immersione in silicone. Nikon produce anche obiettivi a immersione in acqua, che offrono vantaggi simili a quelli a immersione in silicone. Per maggiori dettagli, vedere la nostra serie di obiettivi CFI Apochromat Lambda S.

Molti organ-on-chip e altri sistemi di coltura richiedono l'uso di una plastica a pareti spesse tra l'obiettivo e il campione. In questo caso siamo orgogliosi di fornire la serie di obiettivi S Plan Fluor LWD. Questa serie presenta il CFI S Plan Fluor 20XC, che può essere corretto per uno spessore del recipiente fino a 1,8 mm, mentre continua a offrire una lunga distanza di lavoro di 1,3 – 2,3 mm e un NA molto alto per questa classe di 0,70.

Servizi di imaging a contratto Nikon per organoidi e organ-on-chip

I Nikon BioImaging Labs (NBIL) forniscono servizi di ricerca a contratto alle comunità di biotecnologia e di ricerca, inclusi servizi remoti* per clienti situati al di fuori della loro area locale. Attualmente, ci sono sedi NBIL a Boston, MA, Stati Uniti, Leiden, Olanda e Shonan, Giappone. Questi laboratori hanno una significativa esperienza nell'esecuzione di microscopia confocale di organoidi e altri sistemi di colture cellulari 3D, inclusi vari modelli di organi su chip prodotti in commercio.

Gli NBIL non sono solo in grado di acquisire dati, ma le loro capacità di servizio completo si estendono anche alla progettazione, lo sviluppo e a convalida dell’esperimento, alla coltura cellulare, alla preparazione del campione e all'analisi dei dati. Tutto il lavoro viene addebitato su base oraria semplice per garantire l'accessibilità a tutti i tipi di clienti. Se vuoi saperne di più e vedere se i servizi di un NBIL fanno al caso tuo, non esitare a contattarci per fissare una consulenza gratuita.

* Il servizio può variare a seconda della struttura. Si prega di contattare il Nikon BioImaging Lab vicino alla propria posizione per i dettagli.

Glossario

Adattatori campione disponibili: Questo è un elenco di produttori per i quali Nikon produce adattatori per supporti compatibili per accettare i loro prodotti sul nostro supporto motorizzato per microscopio invertito Ti2.
Campo visivo: Il campo visivo del sistema, indicato anche come numero di campo, è il diametro dell'area di imaging con un ingrandimento nominale di 1X.
Limite di profondità di imaging relativo: Ciò indica l'intervallo di profondità Z (assiale) approssimativo entro il quale il sistema indicato può fornire immagini con qualità di sezionamento ottico e rapporto segnale-rumore sufficienti. Questo valore può essere abbastanza variabile e dipende fortemente dalle proprietà ottiche del campione e del recipiente, nonché dall'etichettatura.
Tipo di rilevatore: I sistemi confocali a scansione puntiforme utilizzano fotorilevatori a elemento singolo poiché il segnale viene rilevato in modo puntuale. I sistemi confocali a disco rotante raccolgono dati da più punti in parallelo utilizzando un rilevatore basato su array (camera).