StemoniX 의 Spheroid 3D 이미징과 분석을 HCS 시스템으로 간편하게 수행한 사례

도전

현재 신경과학 연구자들이 이용 가능한 모델에는 신약 개발을 방해하는 한계점이 있습니다. 사후의 뇌와 동물 모델 등 복잡한 모델은 인간 뇌의 복잡성을 더 밀접하게 포착합니다. 그러나 사후의 인간 뇌는 구하기 어려우며, 최종 질병 단계만을 나타냅니다. 또한, 동물 모델은 인간 뇌의 특성과 기능을 완전히 포함하고 있지 않을 수 있어, 해당 assay를 임상에 적용하기가 어려울 수 있습니다. 단일 세포 배양 시스템에 기반한 생체 외 모델은 쉽게 규모를 증가시킬 수 있으나, 인간 뇌의 복잡한 구성과 조직이 결여되어 있습니다. 인간 유도 만능 줄기세포(hiPSC) 유래 뇌 오가노이드는 매우 유망한 도구이지만, 여전히 높은 변동성을 가지며, 표현형 평가를 위한 기능적 assay가 부재합니다. 신경과학 분야에는 신경계 장애 치료를 위한 신약 개발의 고균질화 방식으로 인간 뇌 발달과 생체 외 기능의 고유성을 포착할 수 있는 모델이 존재하지 않았습니다.

솔루션

StemoniX®의 과학자들이 microBrain® 3D 플랫폼을 개발하여 이 간극을 해결했습니다. hiPSC 유래 신경전구세포를 이용하여, 인간 뇌 피질과 더 비슷한 고균질화 3D 신경 피질 스페로이드를 생성합니다. 이 플랫폼은 일차 신경 배양과 유사하게 활성화되며 신경조절물질에 반응하는 성숙한 뉴런과 성상세포로 구성되어 있습니다. 또한 이들은 96 및 384 well 형식으로 FLIPR Tetra® High-Throughput Cellular Screening 시스템 및 ImageXpress® Micro Confocal High-Content Imaging 시스템(모두 Molecular Devices에서)과 같은 high-content screening 분석기기와 함께 사용하기 위해 플랫폼을 설계하여, 생체 외에서 기능적 인간 뇌 생리학의 균질화 평가를 가능하게 했습니다.

ImageXpress Micro Confocal High-Content Imaging 시스템

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SpectraMax i3x Multi-Mode Microplate Reader

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FLIPR Penta High-Throughput 세포 스크리닝 시스템

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사용한 제품

FLIPR^® Tetra^® High-Throughput Cellular Screening 시스템은 신약 개발 과정의 초기 선도물질을 식별하고 약물 효능과 독성을 평가하기 위한 자동화된 솔루션을 제공합니다. 피펫 및 판독의 동시적 기능으로, 시스템이 빠른 운동 세포 assay를 지원합니다. 이는 라이브러리 크기, 측정 모드, 스크리닝 형식, assay 및 표적에 기반해 빠르게 설정할 수 있습니다. 완전 통합 솔루션으로, assay 개발에서 선도물질의 최적화까지 매끄럽게 이행됩니다.

ImageXpress^® Micro Confocal High-Content Imaging 시스템은 최상의 속도, 민감도, 유연성 조합으로 연구의 경계 확장에 도움이 됩니다. 전체 유기체, 두꺼운 조직, 3D Spheroid assay, 그리고 세포 또는 세포 내 사건의 고품질 이미지 포착 MetaXpress^® High-Content Image 획득 및 분석 소프트웨어와 결합된 ImageXpress Micro Confocal 시스템은 완전히 다차원인 high-throughput screening 솔루션을 제공하여 과학적 약진의 다음 이정표를 발견할 수 있도록 돕습니다.

SpectraMax i3x Multi-Mode Microplate Reader는 인젝터를 통한 Western Blot, 이미징 및 고속 동역학 등에 대한 모듈식 업그레이드 기능이 추가된 스펙트럼 기반 흡광도, 형광, 발광을 측정합니다. SpectraMax i3x 리더기는 세포 경로와 단백질 활성 및 발현을 하나의 시스템에서 탐구하여 과학적 미스테리를 풀 수 있도록 합니다.

이 설정의 견적 요청

결과

StemoniX microBrain 3D 플랫폼은 96 및 384 well 형식의 균질화 3D 신경 스페로이드 시스템입니다. Brightfield 캡처와 자동화 크기 측정을 위해 ImageXpress Micro Confocal 시스템을 사용하여 개별 플레이트에서 일반적인 변동 계수가 4% 미만인 고균질화 크기 분포가 관찰되었습니다. ImageXpress 현미경을 사용한 면역 형광 분석에서 이러한 3D 스페로이드가 시냅스 단백질과 같은 세포 성숙의 핵심 표지자를 나타내는 피질 뉴런과 성상세포로 구성되어 있음을 밝혔습니다. 또한, 이 스페로이드는 FLIPR 및 ImageXpress 시스템 모두에서 쉽게 검출할 수 있는 자연적이고 동시적인 칼슘 진동을 나타냅니다. MicroBrain 3D 플랫폼의 기능적 성숙은 알려진 작용 기전을 가진 신경조절물질 패널을 검사하여 확인되었습니다. FLIPR 시스템을 사용하여, 이러한 화합물의 예상 활성과 상관관계를 가진 신경 활성 조절이 감지되었으며, 스페로이드가 기능적 글루탐산성 및 GABA성 회로를 보유하고 있다는 것을 확인하였습니다.

마지막으로, 독성학적 사례 연구에서 지카 바이러스 감염에 다양한 효능을 가진 화합물의 표적 라이브러리를 검사하였습니다. 먼저, SpectraMax® i3x Multi-Mode Microplate Reader(Molecular Devices)를 활용하여 이 화합물 라이브러리의 세포 독성을 microBrain 3D 플랫폼에서 조사하였습니다. 이후, 세포 독성 분석을 기능적 독성으로 보완하고, FLIPR 시스템을 이용한 고처리량 방식으로 조사하였습니다. 마지막으로, ImageXpress confocal 현미경을 사용하여 각 처리에 따르는 칼슘 진동의 고해상도 영상을 생성하였습니다. 전체적으로 여러 플랫폼에 microBrain 3D를 통합하여 표적 라이브러리의 독성 프로파일의 광범위한 특성 분석을 도출하였으며, 복잡한 신경 표현형, 독성학적 프로파일, 약물 스크리닝의 생체 외 조사를 위한 플랫폼의 통합이 가능함을 입증하였습니다.

참고문헌

약물의 High Throughput Screening을 위한 인간 iPSC 기반 신경 Spheroid 플랫폼인 StemoniX microBrain 3D Assay Ready 플레이트