Incorporamento complanare di più modelli cellulari 3D in idrogel verso l'alto

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 9991 (2022) Citare questo articolo

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Sono stati sviluppati metodi standardizzati e ad alto rendimento per la produzione e la gestione sperimentale di alcuni modelli 3D in vitro. Tuttavia, mancano ancora strumenti analitici adattati affinché scienziati e ricercatori possano sfruttare appieno il potenziale dei modelli cellulari complessi nei test preclinici sui farmaci e nella medicina di precisione. L'istologia è il metodo consolidato, conveniente e gold standard per l'analisi strutturale e funzionale dei tessuti. Tuttavia, i processi istologici standard sono impegnativi e costosi da applicare ai modelli cellulari 3D, poiché le loro dimensioni ridotte spesso portano a uno scarso allineamento dei campioni, che riduce la produttività dell’analisi. Questo corpo di lavoro propone un nuovo approccio: HistoBrick facilita l'elaborazione istologica di sferoidi e organoidi consentendo l'inclusione in gel di modelli cellulari 3D con un preciso allineamento complanare, parallelo al piano di sezione, riducendo così al minimo la perdita di materiale campione. Le funzionalità di HistoBrick sono compatibili con gli standard di automazione, consentendo potenzialmente il trasferimento automatizzato del campione da una piastra multipozzetto al dispositivo gel. Inoltre, la tecnologia di HistoBrick è stata convalidata dimostrando l'allineamento di sferoidi coltivati ​​HepG2 che misurano 150–200 µm di diametro con una precisione in altezza di ± 80 µm. HistoBrick consente di studiare fino a 96 campioni in sezioni minime, aprendo la strada alla microistologia ad alto rendimento.

I modelli cellulari tridimensionali (3D) in vitro stanno guadagnando terreno, poiché consentono funzioni tissutali, architettura e interfacce migliori dal punto di vista fisiologico rispetto alle colture bidimensionali (2D). I modelli in vitro complessi derivati ​​dal paziente riflettono la composizione genetica unica. Inoltre, le analisi omiche e di screening farmacologico sono notevolmente agevolate rispetto agli esperimenti sugli animali1. In questo contesto, modelli in vitro complessi come sferoidi, organoidi o tumoreidi (denominati collettivamente microtessuti) vengono ampiamente utilizzati per la modellizzazione delle malattie, lo sviluppo preclinico di farmaci e l'ingegneria dei tessuti2. I microtessuti supportano quindi l’implementazione della medicina personalizzata3. I complessi modelli cellulari 3D4 sono stati utilizzati principalmente per chiarire gli aspetti della biologia cellulare5, mentre è seguito lo sviluppo di strumenti e metodologie standardizzate per la produzione, lo smistamento, il posizionamento, la maturazione e l'analisi. Pertanto, l’analisi ad alto rendimento e il controllo di qualità dei sistemi cellulari complessi rimangono una sfida continua. L'istologia è il metodo gold standard per l'analisi della microanatomia dei tessuti; quindi, l'analisi istologica dei modelli cellulari 3D è una conseguenza logica. Combinato con l'immunoistochimica, fornisce informazioni sulla morfologia e composizione dei tessuti con la visualizzazione di proteine ​​o antigeni specifici. La microistologia è una tecnica potente per il controllo di qualità durante tutte le fasi procedurali dello sviluppo della tecnologia dei microtessuti con una crescente necessità di analisi degli endpoint (Fig. 1).

Catena di lavorazione dei microtessuti che mostra la crescente necessità di microistologia. Oltre all'analisi degli endpoint e dando accesso alla microanatomia e alla biologia dei microtessuti, la microistologia aiuta a determinare l'effetto delle fasi di lavorazione sui campioni (ad esempio, stress o danni che interessano la morfologia e le funzioni biologiche, se combinati con immunoistochimica). Pertanto, è il metodo di scelta per il controllo qualità per l'implementazione di nuovi metodi al servizio dell'intero flusso del processo micro-tessuto, dalla produzione allo sviluppo del modello tissutale. Creato con BioRender.com.

Tuttavia, gli attuali processi istologici non sono adatti a gestire i microtessuti perché sono più piccoli dei campioni bioptici e quasi trasparenti. Oltre a ciò, i problemi di gestione tecnica possono anche portare a un’elaborazione lenta e macchinosa, producendo risultati con una resa limitata che non possono essere riprodotti utilizzando l’automazione6.