En StemoniX utilizan tres de nuestras soluciones para validar las placas listas para ensayos 3D microBrain

El reto

Los modelos disponibles actualmente para los investigadores en neurociencia tienen limitaciones que dificultan el desarrollo de nuevos medicamentos. Los modelos complejos, como cerebros de cadáveres y modelos animales, captan más fielmente la complejidad del cerebro humano; sin embargo, los cerebros humanos de cadáveres son difíciles de obtener y solo representan la fase final de la enfermedad. Por otro lado, los modelos animales pueden no recrear completamente las características y funcionalidad del cerebro humano, lo que hace difícil trasladar estos ensayos a aplicaciones clínicas. Aunque los modelos in vitro basados en sistemas simples de cultivo celular se pueden aumentar de escala fácilmente, carecen de la organización y estructura complejas del cerebro humano. Los organoides de cerebro derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) son una herramienta muy prometedora, aunque siguen mostrando una alta variabilidad y carecen de ensayos funcionales para evaluar fenotipos. Al campo de la neurociencia le ha faltado un modelo capaz de capturar la singularidad del desarrollo y la función del cerebro humano in vitro en un formato altamente homogéneo para desarrollar nuevos fármacos para el tratamiento de los trastornos del sistema nervioso.

La solución

Los científicos de StemoniX® resolvieron esta carencia desarrollando la plataforma microBrain® 3D. Utilizando células progenitoras neuronales derivadas de hiPSC, crearon esferoides corticales neuronales 3D altamente homogéneos que recrean más fielmente el cerebro cortical humano. Su plataforma está compuesta de neuronas maduras y astrocitos que son activos y responden a neuromoduladores de forma similar a los cultivos neuronales primarios. Además, diseñaron su plataforma en formatos de 96 y 384 pocillos para su uso junto con instrumentos de cribado de alto contenido, como el sistema de cribado celular de alto rendimiento FLIPR Tetra® y el sistema de adquisición de imágenes de alto contenido ImageXpress® Micro Confocal (ambos de Molecular Devices), lo que permite la evaluación homogénea de la fisiología funcional del cerebro humano in vitro.

Sistema de adquisición de imágenes de alto contenido ImageXpress Micro Confocal

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Lector de microplacas multimodo SpectraMax i3x

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Sistema de cribado celular de alto rendimiento FLIPR Penta

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Productos utilizados

El sistema de cribado celular de alto rendimiento FLIPR^® Tetra^® proporciona una solución automatizada para identificar compuestos cabeza de serie preliminares en el proceso de descubrimiento de fármacos y para evaluar la eficacia y toxicidad de fármacos. Con la función de pipeteo y lectura simultáneos, el sistema admite ensayos celulares de cinética rápida. Se puede configurar rápidamente en función del tamaño de la biblioteca, el modo de detección, el formato de cribado, el ensayo y la diana. Como solución completamente integrada, la transición del desarrollo del ensayo a la optimización del compuesto cabeza de serie es perfecta.

El sistema de adquisición de imágenes de alto contenido ImageXpress^® Micro Confocal lo ayuda a ampliar los límites de sus investigaciones con la mejor combinación de velocidad, sensibilidad y flexibilidad. Capture imágenes de alta calidad de organismos completos, tejidos gruesos, modelos de esferoides 3D y procesos celulares o intracelulares. Combinado con el software de adquisición y análisis de imágenes de alto contenido MetaXpress^®, el sistema ImageXpress Micro Confocal proporciona una solución completa de cribado de alto rendimiento multidimensional que le ayudará en el descubrimiento de su próximo gran avance científico.

El lector de microplacas multimodo SpectraMax i3x mide la absorbancia, fluorescencia y luminiscencia basadas en el espectro con funcionalidad añadida de actualizaciones modulares para inmunotransferencia, adquisición de imágenes y cinética rápida con inyectores. El lector SpectraMax i3x le permite desvelar los misterios de la ciencia explorando las vías celulares y la activación y expresión de proteínas en un único sistema.

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Los resultados

La plataforma StemoniX microBrain 3D es un sistema homogéneo de esferoide neuronal 3D en formato de 96 y 384 pocillos. Utilizando el sistema ImageXpress Micro Confocal para la captura en campo claro y medición automática del tamaño, se ha observado una distribución del tamaño altamente homogénea con coeficientes típicos de variación de menos del 4 % en una placa individual. El análisis de inmunofluorescencia usando el microscopio ImageXpress reveló que estos esferoides 3D están compuestos de neuronas corticales y astrocitos que expresan marcadores clave de madurez celular, como proteínas sinápticas. Además, estos esferoides presentan oscilaciones de calcio espontáneas y sincronizadas que se detectan fácilmente tanto en el sistema FLIPR como en ImageXpress. La madurez funcional de la plataforma microBrain 3D se confirmó mediante el examen de un panel de neuromoduladores con mecanismos de acción conocidos. Usando el sistema FLIPR, se detectó que la modulación de la actividad neuronal se correlaciona con la actividad esperada de estos compuestos, y se confirmó que los esferoides poseen circuitos glutamatérgicos y GABAérgicos funcionales.

Finalmente, se analizó una biblioteca específica de compuestos con diferentes potencias frente a la infección por el virus Zika en un estudio de casos toxicológico. En primer lugar, el lector de microplacas multimodo SpectraMax® i3x (Molecular Devices) se empleó para investigar la toxicidad celular de esta biblioteca de compuestos en la plataforma microBrain 3D. El análisis de toxicidad celular se complementó posteriormente con el análisis de toxicidad funcional en un formato de alto rendimiento con el sistema FLIPR. Por último, se generaron vídeos de alta resolución de las oscilaciones de calcio después de cada tratamiento usando el microscopio confocal ImageXpress. En conjunto, la integración de microBrain 3D en varias plataformas supuso la caracterización exhaustiva del perfil toxicológico de una biblioteca específica y demostró la fiabilidad de la integración de esta plataforma para investigaciones in vitro de fenotipos neuronales complejos, perfiles toxicológicos y cribado de fármacos.

Referencias

Placas listas para ensayo StemoniX microBrain 3D como plataforma de esferoides neuronales basados en iPSC humanas para el cribado de fármacos de alto rendimiento