Visikol 연구팀은 ImageXpress Micro Confocal High-Content Imaging 시스템과 MetaXpress 소프트웨어를 사용하여 NASH 및 NAFLD 질병 진행 과정을 시뮬레이션하는 3D 세포 배양 모델을 개발합니다.
기업/대학교
Visikol, Inc.
팀 구성원
Megan Casco, Ph.D., 선임 과학자
Tom Villani, Ph.D., 창립자 및 CSO
Peter Worthington, Ph.D., 신약 개발 부서장
Katie Worley, Ph.D., 수석 과학자
사용한 제품
ImageXpress Micro Confocal High-Content Imaging 시스템
MetaXpress High-Content 이미지 획득 및 분석 소프트웨어
도전
비알코올성 지방간염(NASH) 및 비알코올성 지방간 질환(NAFLD) 분야에서는 연구자가 비용이 낮으며 medium throughput의 시험관 내 분석 도중 잠재적인 치료제를 더 잘 선별할 수 있는 시험관 내 모델에 대한 강한 수요가 존재해 왔습니다. 매년 미국에서 수백만 명의 사람들이 간 질환의 영향을 받지만, 이에 대한 효과적인 치료법은 거의 존재하지 않습니다. Visikol은 조직과 세포를 분석하는 방식의 패러다임을 인간 중심의 정성적 접근 방식에서 컴퓨터 비전 중심의 정량적 접근 방식으로 전환하는 데 중점을 두고 있습니다. 제약 업계 및 생명공학 업계 고객의 신약 개발 노력을 가속화하며, 고급 세포 배양 모델 및 분석 기술을 사용하여 시험관 내 연구와 생체 내 연구 간의 격차를 줄이는 데 도움이 되는 서비스를 제공합니다.
NASH와 NAFLD의 초기 단계는 가역적인 것으로 알려져 있지만, 연구자들은 이 프로세스를 역전시키는 치료법을 개발하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이러한 치료법을 개발하는 데 있어 주요한 문제 중 하나는 시험관 내에서 간과 NASH 또는 NAFLD의 질병 진행을 정확하게 보여주는 예측적 시험관 내 모델이 존재하지 않는다는 점입니다. 이러한 시험관 모델의 부족으로 인해 여러 후기 단계의 임상시험이 실패하였으며, 이러한 치료법을 개발하는 데 드는 비용과 시간이 상당했습니다.
또한 3D 세포 배양 모델을 imaging하는 것은 어려운데, 이는 생물학적 물질이 빛을 효과적으로 산란시키며 표본이 더 두꺼울수록 이미지 품질이 급격히 저하되기 때문입니다. 또한, 3D 데이터세트를 처리하는 경우, 3D 조직에 균일하게 표지하는 것이 어려울 수 있습니다.
솔루션
Visikol은 imaging을 위해 연구자가 ImageXpress® Micro Confocal High-Content Imaging 시스템을 Visikol® HISTO-M™과 결합하게 되면 3D 세포 배양 모델이나 스페로이드를 전체적으로 시각화할 수 있습니다. MetaXpress® High-Content 이미지 획득 및 분석 소프트웨어는 플레이트에 있는 각 well의 레이아웃을 제공하였습니다(각 well당 하나의 스페로이드가 존재). Visikol 팀은 imaging 카메라에 포착된 다른 파장의 빛을 방출하는 모델의 형광단을 여기시키는 정확한 빛의 파장을 선택했습니다. 수동 역치값에 따라 양성으로 염색된 콜라겐 영역을 식별할 수 있습니다. 일반적으로 imaging은 20 Z-절편으로 수행되어 카메라가 평균 두께가 150~250 마이크론인 스페로이드의 전체 범위를 캡처할 수 있습니다. 각 절편의 최대 강도 emission을 사용하여 Z-절편을 압축하면 하나의 이미지에서 각 절편의 가장 밝은 emission을 편집한 Z-stack을 생성할 수 있습니다. 결과 이미지에는 알부민, 비멘틴, CD68, CD31 및 DAPI를 포함한 여러 면역표지된 채널이 시각화되어 있습니다.
연구자들은 모델을 imaging하여 약물이 세포와 상호 작용하는 방식을 시각화하고 해당 약물이 임상시험에서 사람들에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지 파악할 수 있습니다. NASH에 있어 3D 모델이 중요한 이유는 모델에서 형성되는 흉터 조직을 분석할 수 있다는 점입니다. Imaging을 통해 모델에서 고객의 약물에 대한 세포의 Viability를 보일 수도 있습니다.
MetaXpress High-Content 이미지 획득 및 분석 소프트웨어
ImageXpress Micro Confocal High-Content Imaging 시스템
사용한 제품
ImageXpress Micro Confocal 시스템은 고정 및 Live Cell의 광시야 및 confocal imaging 간에 전환할 수 있는 high-content 솔루션입니다. 전체 유기체, 두꺼운 조직, 2D 및 3D 모델, 그리고 세포 또는 세포 내 사건의 고품질 이미지를 포착할 수 있습니다. 스피닝 디스크 공초점 및 sCMOS 카메라는 심장세포 박동과 줄기세포 분화와 같이 빠른 속도로 드물게 발생하는 사건의 이미징을 지원합니다. 이 시스템은 MetaXpress 소프트웨어를 통해 3D assay 개발에서 스크리닝에 이르기까지 다양한 confocal imaging 응용 분야를 지원합니다.
결과
Visikol 연구팀은 NASH 및 NAFLD의 질병 진행 과정을 시뮬레이션하기 위해 간 내의 조직 미세환경을 모방한 여러 3D 세포 배양 모델을 개발했습니다. 이 모델은 NASH와 관련된 섬유증 진행이 어느 정도 개선되는지 정량분석하기 위해 다른 판독값 및 다양한 치료제 처리와 결합된 3D confocal high content imaging을 사용하여 평가됩니다.
Visikol HepaRG 및 비실질 공동 배양 3D 스페로이드를 48시간 동안 100 nM TGF-β로 섬유증을 유도하기 전에 운반체 또는 ALK-5 억제제로 1시간 동안 전처리했습니다. 위의 이미지에서 DAPI는 파란색, viability 지시자는 녹색, Pan 콜라겐은 빨간색입니다. Pan 콜라겐 형광의 세기 및 용적은 아래에 설명된 바와 같이 각 3D 세포 배양 모델에 대해 정량분석되었습니다. TGF-β는 cell viability와 스페로이드의 크기를 감소시키고 콜라겐 침착을 시작하는 반면 ALK-5 억제제는 cell viability와 콜라겐 침착의 감소를 부분적으로 개선할 수 있는 것으로 나타납니다.