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Cell Painting

Un ensayo basado en imágenes de alto contenido para realizar perfiles morfológicos utilizando colorantes fluorescentes multiplexados

¿Que es el Cell Painting?

Cell Painting es un ensayo basado en imágenes multiplexadas de alto contenido utilizado para realizar perfiles citológicos. En un ensayo Cell Painting se utilizan hasta seis colorantes fluorescentes para marcar diferentes componentes de la célula, como el núcleo, el retículo endoplásmico, las mitocondrias, el citoesqueleto, el aparato de Golgi y el ARN. El objetivo es “pintar” la célula tanto como sea posible para capturar una imagen representativa de la célula completa.

El software de análisis automático de imágenes se utiliza para extraer mediciones características de cada célula. El número de mediciones únicas está normalmente en el intervalo de 100 a 1000 por célula. Estas mediciones habitualmente incluyen intensidad, textura, forma y tamaño, así como la proximidad de un objeto a su estructura vecina, lo que proporciona una indicación de la relación espacial entre orgánulos. En conjunto, estas mediciones forman el perfil fenotípico.

Colorante de núcleos

Núcleo
Colorante: Hoechst 33342

MitoTracker Deep Red

Mitocondrias
Colorante: MitoTracker Deep Red

Colorante de retículo endoplásmico

Retículo endoplásmico
Colorante: Conjugado de concanavalina A/Alexa Fluor 488

Colorante de nucleolos, ARN citoplasmático

Nucleolos, ARN citoplasmático
Colorante: Tinción de ácidos nucleicos fluorescente verde SYT0 14

Colorante de F-actina de citoesqueleto, Golgi, membrana plasmática

F-actina de citoesqueleto, Golgi, membrana plasmática
Colorante: Conjugado de faloidina/Alexa Fluor 568, conjugado de aglutinina de germen de trigo/Alexa Fluor 555
 

RE (retículo endoplásmico) y núcleos

Imagen compuesta formada por actina, RE (retículo endoplásmico) y los núcleos.

 

Cell Painting para la creación de perfiles fenotípicos

 

El perfil fenotípico de una célula revela su estado biológico específico. Más específicamente, se puede utilizar para investigar las perturbaciones biológicas, ya que la morfología celular está influenciada por factores como el metabolismo, el estado genético y epigenético de la célula y las señales ambientales. Además, se puede usar para caracterizar las células sanas en comparación con las células enfermas. Puesto que un perfil fenotípico es la suma de un gran número de mediciones, este es más sensible a desviaciones o cambios en los rasgos obtenidos del ensayo Cell Painting. En otras palabras, un perfil fenotípico puede plasmar ciertas características de las células que pueden no ser obvias a simple vista.

En una entrevista en Science Explorer, la Dra. Angeline Lim explicó: “Me gusta pensar en el Cell Painting o el perfil fenotípico como un análogo del reconocimiento facial. Es un poco como se etiqueta a las personas en Facebook o iPhoto. Una vez que tienes una fotografía y la etiqueta, el software en segundo plano extrae información sobre la foto y calcula un perfil. Cuando aparece otra foto, el software compara su perfil con el de la foto anterior para ver si son iguales o diferentes. Así es como funciona básicamente el Cell Painting. Con el Cell Painting, esperamos que la parte de análisis de las imágenes agrupe células similares en comparación con células diferentes o células enfermas en comparación con células sanas. Esto tiene potencialmente muchas aplicaciones, especialmente en el descubrimiento de fármacos”.

 

Ejemplos de células tratadas y cambios fenotípicos

 

Este es un ejemplo en el que las células tratadas muestran cambios obvios en sus fenotipos. En esta imagen compuesta solo se muestran tres de las cinco longitudes de onda: núcleos en azul, retículo endoplásmico en verde y actina y Golgi en rojo.

 

Control, células no tratadas

Control, células no tratadas.

Células tratadas con rotenona

Células tratadas con rotenona, una toxina usada frecuentemente en insecticidas. También se sabe que inhibe la producción de ATP mitocondrial y se ha demostrado que tiene actividad antineoplásica en diversas células cancerosas.

Células tratadas con cloroquina

Células tratadas con cloroquina. La cloroquina se desarrolló en principio para el tratamiento de la malaria.

 

Flujo de trabajo general para el ensayo Cell Painting

 

Una de las ventajas del ensayo Cell Painting es que el flujo de trabajo general es familiar para muchos biólogos. En primer lugar, se siembran las células en placas. A continuación, se introduce un tipo de perturbación, que puede ser química o genética (p. ej., la adición de compuestos, moléculas pequeñas o una biblioteca de ARNi). Tras un periodo adecuado de incubación, las células se tiñen con un conjunto de colorantes de Cell Painting. Es posible también utilizar otras combinaciones de colorantes que sean más adecuadas para su ensayo específico.

Una vez “pintadas” las células, se adquieren imágenes de estas con un generador de imágenes de alto contenido, como nuestro sistema ImageXpressr® Confocal HT.ai, la última adición a nuestro catálogo de sistemas de adquisición de imágenes de alto contenido. Se utiliza un software de análisis automático de imágenes, como nuestro software MetaXpress® o nuestro software de análisis de imágenes IN Carta, para la extracción de rasgos donde se identifican y miden las células y sus componentes. Por último, se procesan adicionalmente las mediciones usando diferentes herramientas de análisis de datos para crear y comparar perfiles fenotípicos, realizar análisis agrupados e identificar objetivos para obtener los perfiles morfológicos.

 

Flujo de trabajo general para el ensayo Cell Painting

 

  1. Siembra de las células en material de laboratorio (placa de 384 pocillos)
  2. Tratamiento de las células con una perturbación química o genética (p. ej., ARNi, CRISPR/Cas9) o virus.
  3. Tinción con colorantes fluorescentes (p. ej., Hoechst, faloidina, MitoTracker)
  4. Adquisición de imágenes celulares con un sistema de adquisición de imágenes de alto contenido
  5. Análisis de las imágenes celulares para extraer rasgos y mediciones usando un software de análisis automático de imágenes
  6. Obtención de perfiles morfológicos a partir de las mediciones

 


 

Más información sobre Cell Painting

 

El Cell Painting se está convirtiendo en una valiosa herramienta gracias a sus muchas posibles aplicaciones importantes, especialmente en el descubrimiento de fármacos. Descubra cómo optimizar las funciones de adquisición de imágenes de alto contenido y realizar ensayos multiplexados con módulos preconfigurados o personalizados del software MetaXpress para obtener un perfil fenotípico rico en datos.

 

 

Recursos para Cell Painting

Vídeos y seminarios web

Showcase de innovación de ISSCR 2021: Cultivo y adquisición de imágenes de alto contenido automatizados de organoides 3D de pulmón y cardíacos

Libere el poder del Cell Painting

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