Recentemente, fez-se um rápido progresso no estabelecimento in vitro de tecidos/órgãos em miniatura, chamados organoides, a partir de células-tronco pluripotentes humanas, incluindo células-tronco pluripotentes induzidas (iPS). Os organoides humanos oferecem oportunidades únicas para uma grande variedade de campos, desde a biologia básica do desenvolvimento até a modelagem de doenças e o desenvolvimento de medicamentos.
Em geral, os organoides são formados por meio de auto-organização, na qual as células componentes são dispostas espacialmente em locais apropriados para determinar seus destinos de diferenciação em tipos celulares específicos, levando eventualmente à expressão de funções orgânicas. O processo de derivar células iPS humanas indiferenciadas para os organoides de um órgão alvo requer um longo intervalo de tempo, pelo menos um mês. A longa duração se deve à existência de vários estágios de células diferenciadas intermediárias correspondentes aos estágios de desenvolvimento. Em muitos casos, esses processos também incluem as etapas de incorporação das células em uma matriz extracelular que contém componentes da membrana basal que é essencial para a polarização das células e posterior manutenção das estruturas tridimensionais. Em outras palavras, a geração de organoides com sucesso e reprodutibilidade de uma certa qualidade a partir de células iPS humanas inevitavelmente exige um exame cuidadoso das condições de cultura bidimensional e tridimensional. Mais especificamente, além do controle de qualidade das células iPS, é importante monitorar perfeitamente os processos de diferenciação por um longo intervalo de tempo, incluindo a coleta de dados sobre comportamentos tridimensionais e morfogênese de populações de células.
Nesta nota de aplicação, tentamos observar o processo de diferenciação usando o sistema de monitoramento de incubação Olympus Provi CM20. Usamos nosso método publicado recentemente para gerar organoides de fígado humano1,2 como exemplo de modelo.
Usando o sistema CM20, testamos se é possível observar alterações morfológicas tridimensionais no processo de diferenciação de células iPS humanas indiferenciadas em um endoderma definitivo bidimensional em forma de chapa e o subsequente surgimento de esferoides do intestino anterior.
Utilizando o sistema CM20, pudemos observar não apenas o processo de manutenção da cultura de células iPS humanas, mas também sua diferenciação em endoderma definitivo e o posterior surgimento de esferoides do intestino anterior. Esses esferoides do intestino anterior foram gerados através da formação celular autônoma de agregados celulares tridimensionais derivados da cell sheet bidimensional, demonstrando que o processo de tais alterações morfológicas pode ser rastreado com o sistema CM20. Como os organoides de outros órgãos endodérmicos, como estômago e intestino, também são derivados de esferoides intestinais primitivos originados do endoderma definitivo, propomos que o sistema CM20 pode ser amplamente aplicado para monitorar o processo de diferenciação desses organoides.
Usando o sistema CM20*1, testamos se é possível observar o processo de cultura de organoides hepáticos que se diferenciam e crescem em Matrigel de maneira tridimensional.
Usando o sistema CM20, conseguimos acompanhar o processo de diferenciação de organoides hepáticos em uma cultura tridimensional usando gotas de Matrigel em uma placa de 24 poços por cerca de 2 semanas.
Usando os recursos de monitoramento automatizado do software do sistema CM20, é possível rastrear o processo de diferenciação que causa alterações morfológicas, bem como o processo de crescimento de organoides tridimensionais em gel de matriz extracelular. Nosso experimento mostrou que o sistema CM20 pode monitorar o processo de cultura de longo prazo, desde a manutenção e gerenciamento de células iPS humanas até sua diferenciação em organoides, e pode contribuir para a otimização e controle de qualidade das culturas de células.
Dr. Takanori Takebe (à esquerda) | Ficamos impressionados que o sistema de monitoramento CM20 nos permitiu rastrear a formação de esferoides e organoides cultivados em gel de matriz extracelular com contraste fino. Muitos pesquisadores devem estar curiosos para saber como ocorre o processo de diferenciação e formação de organoides na incubadora e que requer cultura de longa duração. Acreditamos que esta máquina pode ser usada para pesquisa em uma grande variedade de campos relacionados à biologia celular. |
*1 Usando recursos adicionados à versão 1.2.4 ou posterior do sistema Olympus Provi CM20. Baixe a atualização ou leia as notas de lançamento do software para obter mais detalhes.
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