Трехмерное акустическое сборочное устройство для массового производства клеточных сфероидов
13 октября 2023 г.
Клеточные сфероиды рассматривались как одна из потенциальных моделей в области биологических приложений. В данной статье описываются протоколы для масштабируемой генерации клеточных сфероидов с использованием 3D-акустического сборочного устройства, которое обеспечивает эффективный метод надежного и быстрого изготовления однородных клеточных сфероидов.
3D-модели культур in vitro, такие как клеточные сфероиды, широко используются в области тканевой инженерии, моделирования заболеваний и скрининга лекарств. Наши исследования сосредоточены на разработке и инвестировании инженерных методов для изготовления сфероидов или других 3D-моделей культур in vitro с высоким качеством для различных биологических исследований. В текущем протоколе сфероиды росли внутри каркаса GelMA и извлекались при окончательной фиксации, растворяя каркас, вызывая дополнительные процедуры.
Мы попробуем акустически собрать клеточные агрегаты в культуральной среде, чтобы они могли расти внутри сфероидов без каркаса. По сравнению с методами магнитной сборки, акустические волны могут собирать клетки напрямую, без меток, без потенциального токсического воздействия на клетки. Кроме того, наш протокол позволяет собирать сфероиды клеток в трехмерный массив, существенно увеличивая пропускную способность.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен метод создания клеточных сфероидов с использованием устройства для трехмерной акустической сборки. Этот подход позволяет эффективно и масштабируемо получать однородные клеточные сфероиды, которые имеют важное значение для различных биологических приложений.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Клеточная биология
- Модели 3D-культивирования
- Методы акустической сборки
Теоретическая часть
- Сфероиды клеток имеют важное значение для биологических исследований.
- Традиционные методы могут предусматривать использование скаффолдов, что способно осложнить процесс.
- Акустические волны представляют собой нетоксичную альтернативу для сборки клеток.
- Высокопроизводительная сборка имеет решающее значение для эффективности исследований.
Цель исследования
- Разработать метод получения высококачественных клеточных сфероидов.
- Устранить необходимость использования скаффолдов при формировании сфероидов.
- Повысить пропускную способность процесса производства сфероидов.
Используемые методы
- 3D-акустическое устройство сборки для агрегации клеток.
- Культуральная среда для роста сфероидов.
- Сравнение с методами магнитной сборки.
- Протокол масштабируемого изготовления сфероидов.
Основные результаты
- Успешная сборка клеточных сфероидов без использования каркасов.
- Повышенная пропускная способность по сравнению с традиционными методами.
- Отсутствие токсического воздействия акустических волн на клетки.
- Однородность размера и структуры сфероидов.
Выводы
- Метод акустической сборки является эффективным и масштабируемым.
- Он представляет собой жизнеспособную альтернативу формированию сфероидов на основе скаффолдов.
- Данная методика может способствовать развитию биологических исследований с использованием 3D-моделей.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Высокопроизводительное получение однородных сфероидов клеток является критически важным условием для создания масштабируемых 3D-моделей клеток, используемых при поиске новых лекарств и в доклинических исследованиях. Описанное устройство для 3D-акустической сборки удовлетворяет потребность в воспроизводимом создании сфероидов на поддерживающем каркасе, что обеспечивает прогностическую достоверность на этапах раннего скрининга и моделирования заболеваний. Данная технология позволяет биофармацевтическим группам ускорить разработку анализов и трансляционные рабочие процессы за счет повышения биологической релевантности.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Обеспечивает надежное создание трехмерных клеточных агрегатов для функционального исследования мишеней.
- Способствует снижению биологических рисков путем предоставления физиологически релевантных моделей для анализа сигнальных путей.
- Повышает прогностическую достоверность валидации мишеней благодаря однородности морфологии и жизнеспособности сфероидов.
Скрининг и разработка методов анализа
- Обеспечивает создание стандартизированных высокопроизводительных массивов сфероидов для количественного скрининга соединений.
- Повышает воспроизводимость анализа за счет минимизации вариативности размеров и ручных манипуляций.
- Подготавливает валидированные трехмерные биологические системы для последующих этапов фенотипического скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует системным требованиям по изучению заболеваний, актуальным для трансляционных исследований биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации за счет поддержки масштабируемой генерации моделей.
- Снижает механистическую неопределенность в доклинических моделях благодаря контролируемой сборке сфероидов.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод трехмерной акустической сборки применяется на стыке этапов первичного скрининга и идентификации ведущих соединений, предоставляя масштабируемую платформу для создания готовых к анализу сфероидов и поддержки разработки доклинических моделей.
- Фундаментальная биология: поддерживает проверку гипотез и уточнение путей передачи сигналов с использованием физиологически релевантных 3D-моделей.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для оценки соединений в высокопроизводительных форматах.
- Аналитика: предоставляет единообразные показатели размера and жизнеспособности сфероидов для сравнительного анализа в различных условиях.
- Трансляционные исследования: способствует согласованию с моделями заболеваний и исследованиями биомаркеров при переходе к органоидным системам.
- Корпоративное использование: предоставляет возможность многократного масштабируемого применения в различных программах НИОКР, требующих использования 3D-моделей клеток.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает биологическую вариабельность на ранних этапах исследований.
- Операционная ценность: Оптимизирует производство сфероидов за счет автоматизированной нетоксичной сборки и высокой пропускной способности.
- Стратегическая ценность: Повышает качество принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go) благодаря созданию надежных и масштабируемых рабочих процессов с использованием 3D-моделей.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков, обеспечивая получение надежных и воспроизводимых доклинических данных.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с акустическими устройствами и методами трехмерного (3D) культивирования клеток.
- Необходим доступ к специализированному оборудованию, включая пьезоэлектрические (PZT) преобразователи и системы УФ-сшивания.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости изготовления и извлечения сфероидов.
- Адаптация метода под различные типы клеток и модельные системы может потребовать оптимизации протокола.
- Этапы растворения каркаса и извлечения образцов должны быть валидированы на предмет совместимости с последующими анализами.
