赛多利斯集团：Incucyte® 应用 3D 细胞培养

随着突破性体外 3D  细胞培养模型（包括单细胞和多细胞肿瘤球及类器官）的使用，我们对人类疾病的理解和治疗策略的开发取得了巨大的进展。这些模型可以显示与体内病理生理学相似的结构、形态发生和功能特性，为预测和转化研究打造更具生理学相关性的环境。

肿瘤球体也具有更类似体内肿瘤环境的微环境，这样，与单层培养相比，其具有更加显著的优势。在常规的 2D  培养平台中，肿瘤细胞在过量培养基中的非生物刚性表面上生长，生成具有无限制和非生理性增殖特征的高氧和高营养 2D  细胞培养物。更加逼真的环境也包括重建 3D  肿瘤结构固有的生理异质性，并提供类似于体内情况的微环境，其中包括肿瘤和细胞外基质（ECM）之间的关键相互作用。在这些 3D球体培养物中，细胞环境可以以更高的精度再现，包括细胞间和细胞与基质间的相互作用。

类似地，类器官也正在迅速成为基础研究和药物发现的强大工具，其涵盖广泛的应用领域，包括肿瘤学、再生医学、疾病建模和药物筛选。这些三维（3D）类器官结构可在体外生长，以生成它们所衍生的器官的微量化版本。作为自组织和自行更新的 3D  结构，类器官与传统的单层培养技术相比，具有显著的优势，并能提供一个更具生理学相关性的环境，在其中可以更加清晰地理解复杂的生物学。在使用 3D  细胞外基质建立时，培养物可以非常逼真地概括在原始器官中所发现的细胞群的体内结构、空间组织和遗传多样性。

在本应用概要中，我们展示了 Incucyte^®    活细胞分析系统在基础研究、疾病建模和药物筛选中研究肿瘤球和类器官的功能和灵活性。

对 3D  肿瘤球进行有效的分析可能会面临挑战，因为这些异质模型是多面且动态的。传统酶标仪分析重点关注单个终点，而缺乏基于图像的分析，这是提供形态学信息和确认图像内数据的能力所需具备的。而传统成像系统本质上难以适应体外培养模型的动力学分析，其缺点是：

■成像间隔之间信息缺失导致数据不完整

■由于孔板从培养箱移动到成像系统以及培养箱外冗长的 3D图像采集方案而导致出现多重不受控制的环境波动

■最佳图像采集参数的摸索耗时较长

■复杂的图像处理需要专业操作员来生成定量信息

Incucyte^® 3D 肿瘤球分析可作为集成式交钥匙解决方案，以在细胞培养箱内实时自动监测并量化肿瘤球的形成、生长和健康状况。

应用说明 1 和 2  中描述如何将明场图像分析与在 Incucyte^®活细胞分析系统上进行的相差成像结合使用，以 96 和 384试验模式进行 3D 球体形态、生长和收缩无标记研究。 Incucyte^®  HD 相差图像有助于全面观察每个细胞类型的球体形态特征（形状、大小）和细胞间致密性（疏松聚集体与致密球体）特征。明场为不同类型球体提供了客观的球体动力学定量和细胞依赖性生长速率曲线评估方法。

Incucyte^®  活细胞分析系统可用于对多肿瘤球生长和活力进行动力学、非干扰生理学表征，并适用于药理学发现和开发，详见应用说明 3。

白皮书 1  描述了活细胞监测对于复杂、重复性工作流程的重要性，以及以非干扰方式执行多参数成像技术的能力，证明其对于 3D 细胞培养模型的相关性和价值。

为了利用类器官模型进行有意义的基础研究、疾病建模或药物筛选，需要特定且可靠的培养和分析方法，包括从培养质量控制开始的整个类器官工作流程中的严格控制、优化和记录步骤。目前，类器官培养物的表征和优化其可重复形成性和监测这些 3D  细胞模型的能力方面有限，因其会随着时间推移逐渐形成和生长。

Incucyte^®   活细胞分析系统是一种多维度一步到位的交钥匙解决方案，其中包括经验证的 3D 细胞培养方案和软件模块，便于实时进行观察及无标记客观定量，以优化类器官培养条件。我们的《类器官分析指南》（eBook 1）和《药物发现中的类器官》（eBook 2）是一种综合性手册，其中包括：

■类器官的转化应用

■成功的类器官培养和扩增标准

■使用前沿智能技术对类器官进行成像和客观分析

Incucyte^® 3D 单球体和多球体分析是一种交钥匙集成式解决方案，可在细胞培养箱内实时自动跟踪和量化肿瘤球体的形成、生长和健康状况。Incucyte^®  分析解决了传统成像系统难以适应体外培养模型动力学分析的固有缺点。

有关这些分析的详细信息，请参见应用说明 2 和 3 以及我们的几个网页。

为了成功地建立类器官与临床结果的相关性并加快速度，需要能够降低可变性同时获得更多见解的方法。培养体外人类模型的创新技术已经打开了充满了多种科学可能性的世界，但其仍然受表征这些复杂细胞模型的技术的限制。这些限制包括：

■由于缺乏环境控制和不会损害类器官细胞健康的不充分的3D 细胞培养方案引入了可变性

■通量低，无法放大进行筛选

■类器官细胞生长、死亡或形态的主观随机评估

■获取类器官图像需要耗时、成本高昂的手动流程

■需要第三方软件进行终点分析，或其他荧光标志物 - 定量信息有限

在应用说明 4 中，我们展示了使用 Incucyte^®  活细胞分析系统和 Incucyte^®    类器官分析软件模块来协助进行类器官形成和生长的动力学评估。

研究结果证明了自动定位和分析嵌入 Matrigel^®   圆顶内的 3D类器官的能力；使用集成的实时无标记指标来优化和定义培养条件和方案；基于综合的形态学参数优化传代或扩增培养物的时间。

Incucyte^®  类器官应用会动态监测和量化培养箱内不受干扰的类器官分化（类器官培养 QC）或生长和死亡情况（类器官分析）。我们可以捕获并量化不同的类器官形态，并使用Incucyte^®  类器官分析软件模块通过尺寸（总明场面积）变化来跟踪细胞死亡情况。

目前用于评估肿瘤球体生长和收缩的方法通常受到耗时、昂贵和 / 或费力的分析工作流程的限制。这可能包括扰乱活细胞生物学行为的荧光探针，可能错过特定时间或区域新发现信息的终点分析，或错失有价值细胞形态分析的间接生化读数。

通过将实时、自动化分析与无干扰的活细胞试剂相结合， Incucyte^®   活细胞分析系统可直接对免疫细胞介导的肿瘤细胞杀伤进行多重测量。

应用说明 5 展示了 Incucyte^®   活细胞分析系统如何随着时间推移对基质细胞或免疫细胞的 3D  多肿瘤球共培养物进行分析，并适用于化合物检测。

侵袭周围组织和接种继发位点的能力是恶性肿瘤的决定性特征。几种 Incucyte^® 分析可用于剖析连续的转移步骤，包括“划痕创伤 ”迁移和侵袭分析、趋化实验以及生长和克隆生长研究。将这些活细胞分析与 3D  细胞培养模型结合在一起也提供了可能会被忽略的有价值的信息（白皮书 2）。

Incucyte^®   活细胞分析系统能够在培养箱内随着时间的推移而准确评估肿瘤球体的侵袭潜力。海报 1  描述此无标记分析如何更深入地了解肿瘤球体的侵袭、进展和对治疗性外部刺激的反应。

关于侵袭分析的详细信息也可参见公司的网站。

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