Abbildung 1: Organoid, das das Darmgewebe einer Maus simuliert. DNA (blau), LaminB1 (grün, Kernhülle), GM130 (rot, cis-Golgi-Apparat). Konfokalaufnahme, aufgenommen mit dem Dragonfly-Mikroskop unter Verwendung einer EM-CCD-Kamera vom Typ iXon Ultra 888 – 20-faches Immersionsobjektiv, „Pinhole“-Blende 40 μm. Ronan Mellin, Dr. Luke Boulter, MRC Human Genetics Unit
Dreidimensionale Zellkulturen aus pluripotenten Stammzellen ermöglichen die Bildung von„Organoiden“. Dabei handelt es sich um komplexe Zellstrukturen, die Organen ähneln und neue Möglichkeiten für die Prüfung von Arzneimitteln, die Bewertung der Geweberegeneration und die Beobachtung weiterer biologischer In-vivo-Prozesse (Genmutationen, Entwicklung und Schädigung von Organen, Krebswachstum) bieten. Maus- und menschliche Stammzellen wurden zur Erzeugung zahlreicher Organoidtypen verwendet, die als Modelle für das Darmepithel, das Lebergewebe und das Gehirn dienen.
Das Potenzial von Organoiden wird durch eine Studie verdeutlicht, in der Zellen aus kolorektalen Karzinomen (CRC) von echten Patienten isoliert wurden. Die aus diesen CRC-Zellen entstandenen Organoide wiesen in mehreren Eigenschaften eine hohe Ähnlichkeit mit den ursprünglichen CRC auf, was die direkte Testung potenzieller Antitumormittel ermöglichte. Organoide verschiedener Patienten wurden vermehrt und in einer sogenannten Biobank zusammengestellt, die als Quelle für weitere Analysen dient. So lässt sich beispielsweise der Zusammenhang zwischen bestimmten Medikamenten und dem genetischen Material eines konkreten Organoids ermitteln. Die Weiterentwicklung dieser Anwendung wird zur Entwicklung von Methoden für die personalisierte Behandlung verschiedener Krebsarten führen. Gleichzeitig schließen Organoide dank ihrer Komplexität die Lücke zwischen der In-vitro-Forschung an neuen Medikamenten in 2D-Zellkulturen und klinischen Studien.
Eine der wichtigsten Methoden zur Analyse dieser Zellstrukturen ist die Mikroskopie. Angesichts der Vielfalt der Organoide ist es erforderlich, dass das verwendete Mikroskop ausreichende Flexibilität bietet. Da es sich um die Bildgebung lebender Zellen(Live-Cell-Imaging) handelt, wird zudem Wert auf die Reduzierung toxischer Lichteffekte und des Ausbleichens von Fluorophoren (Bleaching) gelegt. Darüber hinaus sind angesichts der Größe dieser dreidimensionalen Zellkulturen eine hohe Bildaufnahmegeschwindigkeit und eine ausreichende Eindringtiefe erforderlich (Andor, 2016).
Das KonfokalmikroskopDragonfly erfüllt alle Voraussetzungen für die Abbildung von Organoiden:
- Flexibilität der konfokalen Bildgebung – Zoomoptik bei den Kameras, zwei Lochgrößen auf der Scheibe (SDCM)
- Hohe Bildaufnahmegeschwindigkeit – 103 Bilder pro Sekunde (2048 × 2048 Pixel) – sCMOS-Kamera Zyla 4.2 Plus
- Geringe Beleuchtungsintensität – extrem empfindliche Kameras (QE > 90 %) – EM-CCD-Kamera iXon Ultra 888
- „Multimodale“ Bildgebung – Konfokalmikroskopie, Weitfeldmikroskopie, TIRF-Mikroskopie
Cell Press Selection – Organoide
- Eine Sammlung der wichtigsten aktuellen wissenschaftlichen Artikel zum Thema Organoide, veröffentlicht im Magazin „Cell“
- Engineering von Stammzell-Organoiden
- Modellierung komplexer Gewebe und Krankheiten mithilfe von hiPSCs
- Modellierung von Entwicklung und Erkrankungen mit Organoiden
- und viele weitere
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Quelle: „Organoids in the Study of Liver Development and Cancer.“ Abgerufen am 25. November 2016 www.andor.com
