生細胞イメージング 細胞のin vivoでの性質を最も高精度に模倣するアッセイの開発
ライブセルイメージングとは?
ライブセルイメージングとは、顕微鏡を用いた生きた細胞の構造と機能の研究です。ダイナミックな細胞プロセスをリアルタイムで可視化・定量化することができます。生きているシステムにおける細胞やサブセルの構造、機能、組織を研究する能力は、より生物学的に適切なアッセイの開発を助け、新薬候補に対するヒトの反応をより高い精度で予測することができます。ライブセルイメージングは、長時間のキネティックアッセイの実施においても、生きた細胞の蛍光標識においても、幅広いテーマと生物学的応用を包含しています。
ライブセル研究の利点
ライブセルイメージングは、細胞生物学の研究室や様々な産業における基本的な研究ツールであり、創薬ターゲットや候補物質の発見、疾患に関与する分子メカニズムの解明につながります。これらの分野の研究者にとって重要なことは、細胞の生体内性質を最もよく模倣できるアッセイを開発する能力です。
生細胞をイメージングする利点は以下の通りです:
- 生細胞を経時的にモニタリングすれば、細胞内で発生する現象のスナップショット以上の情報を得ることができます。一方エンドポイントアッセイでは、見逃される可能性のある一過性の事象を可視化し、エンドポイントアッセイに最適な時間ポイントを明らかにすることができます。
- 環境条件の厳密な制御により、研究対象の細胞構造やプロセスが本来の生理的状態にあることが保証されます。
- 生細胞を自然な状態でイメージングすることで、細胞固定や免疫染色など、他のイメージング技術から生じる可能性のあるアーティファクトを最小限に抑えることができます。
- 細胞生体分子の局在と輸送を、複数の経路の進行とともにリアルタイムで同時に調べることができます。
- 横方向、軸方向、時間的に画像を取得することで、4D画像とデータの生成が可能になります。分子動態のライブセルイメージングは、他の生化学的手法では得られない定性的・定量的データを生成します。
細胞イメージングと解析のワークフロー
生細胞の培養、プレーティング、維持のプロトコールは細胞モデルによって異なりますが、以下のステップは生細胞アッセイの一般的なワークフローの概略を示しています。
- 1.選択した実験器具(チャンバースライド、ディッシュ、 マイクロプレート)に細胞をプレーティングします。
- 2.アッセイワークフローの一部である場合は、目的の化合物やRNAiなどで細胞処理を行います。
- 3.必要であれば、目的の蛍光色素(蛍光色素、蛍光タンパク質-ペプチド融合体など)で細胞を標識します。
- 4.取得に長時間を要する場合、またはアッセイが生細胞タイムラプス実験(連続または不連続)である場合は、ガス、温度、湿度を含む完全な環境制御を可能にします。
- 5.プレートを自動イメージングシステムにセットし、生細胞画像の取得を開始します。
- 6.細胞画像解析ソフトウェアを使用してライブ細胞画像の定量解析を実行します。
ライブセルイメージングシステム
高度なライブセルイメージングシステムは、単一細胞から生物レベルに至るまで、分子や細胞の動態をモニタリングしながら、細胞の健康と生存能力を維持するために環境条件を調節します。高速運動イベントの研究から長期のタイムラプスアッセイの実行まで、自動化されたライブセルイメージングは、ダイナミックな生物学的プロセスを直接観察し、豊富な細胞情報を生成します。
- 標識不要の明視野イメージングからマルチカラー蛍光イメージング機能まで、多様なライブセルイメージングアプリケーションに柔軟に対応します。
- 高い取得速度により、心筋細胞におけるカルシウム振動のような高速運動イベントの検査が可能です。
- 撮影の全体を通して最適なフォーカスを維持することは、正確なライブセルイメージングデータを生成するために重要です。自動ライブセルイメージング装置は、堅牢なフォーカス機能でこれを保証します。
生細胞イメージングを支援する製品・サービス
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ImageXpress Confocal HT.ai
ハイコンテントイメージングシステム7波長の高輝度レーザー光源と機械学習機能を備えた、
拡張可能でハイスループットなハイコンテントスクリーニングソリューション -
IN Carta
画像解析ソフトウェア複雑な生物学的画像やデータセットから、ロバストで定量的な結果を提供します。
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ImageXpress Pico
自動細胞イメージングシステム高品質な細胞画像の取得と解析を数分で行えるデジタル顕微鏡システム
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ImageXpress Micro 4
ハイコンテント イメージングシステム設定可能なハイスループットのワイドフィールドイメージングソリューション
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ImageXpress Micro Confocal
ハイコンテントイメージングシステム1週間に100万ウェルを超えるイメージングが可能な、ユニークな共焦点イメージングソリューション
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CellReporterXpress
画像取得・解析ソフトウェアImageXpress Picoシステムを使用した自動顕微鏡検査用に最適化された学習しやすいソフトウェア
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MetaXpress
ハイコンテント画像取得・解析ソフトウェアImageXpressインストゥルメンテーションに最適化された幅広いアプリケーションに対応するマルチレベル解析ツール
アプリケーションとアッセイ
環境制御チャンバーを統合した自動化顕微鏡や、蛍光タンパク質および合成蛍光体技術の進歩により、生きた細胞内の生物学的プロセスを研究する研究者の能力が拡大しています。
ハイコンテントイメージングと解析のための当社のシステムは、柔軟な拡張性を備えているため、研究に合わせてシステムを簡単に進化させることができます。対物レンズ、フィルター、イメージングモード、環境制御など、特異性研究のニーズに対応するオプションやモジュールを備えています。ここでは、これらの主な特徴を生細胞イメージング研究に活用したアプリケーションとアッセイをご紹介します:
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3D生細胞アッセイ
トランスレーショナルバイオロジーを推進するために、3次元(3D)アッセイモデルの統合が広まりつつあります。このため、より複雑で生物学的製剤に適した3D細胞モデルの開発が大きく進展し、in vivoの環境や薬物治療に対する反応をよりよく模倣できるようになりました。最近では、ハイコンテントイメージングに適したシンプルな自動ワークフローが普及しています。これらの3D構造から測定値を取得するには、異なる深度(Z-平面の画像)から画像を取得し、3Dで解析するか、解析前に画像を単一の2Dスタックに折りたたむ必要があります。
Symphony®とVersaGel®を用いて培養した3Dスフェロイドから、10倍速くデータを取得する >
がん治療薬スクリーニングのためのスフェロイドのハイスループット共焦点イメージング >
がんスフェロイド培養における化合物効果の3D解析と形態学的特性評価 >
iPSC由来肝細胞スフェロイドを用いたハイコンテント3D毒性アッセイ > -
セル遊走アッセイ
創傷治癒やがん細胞の転移など、様々な生理的活動のメカニズムを解明するために、細胞の移動や遊走をin vitroで測定することが多いです。細胞遊走アッセイは、生細胞タイムラプスイメージングを用いて、制御された環境で実施することができます。マイクロプレート内で増殖しているコンフルエントな細胞単層に、手作業で傷をつけるか、均一で再現性のある無細胞ゾーンを提供する特殊なマイクロプレートを利用して「傷」を作ります。透過光またはライブセル対応蛍光を用いて、細胞増殖、創傷治癒、遊走、拡散をモニターします。これらのミディアムからハイスループットのアッセイは、阻害性化合物または刺激性化合物で処理した細胞間の遊走を比較するために使用することができます。
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SpectraMax MiniMaxサイトメーターを用いたFluoroBlokインサートによる細胞遊走の評価 >
シンプルなスクラッチアッセイとタイムラプス生細胞イメージングを用いた細胞遊走測定 > -
細胞毒性アッセイ
安全性と有効性の試験に適した予測可能なin vitroアッセイの開発は、医薬品開発プロセスを改善し、薬剤の減少を抑えるために高い関心を集めています。医薬品開発の初期段階において、幹細胞を化合物スクリーニングのツールとして用いることに大きな関心が寄せられています。
本ポスターでは、幹細胞由来の細胞モデルを用いて様々な化合物の毒性評価をハイスループットで実施するための、当社のマルチモードプレートリーダーで得られた結果を紹介します:
SpectraMax® Paradigmプレートリーダーを用いた毒性評価のためのハイスループット細胞ベースアッセイ > -
標識不要ライブセルアッセイ
ラベルフリーイメージングと解析は、細胞数、コンフルエンス、細胞毒性、発生、成長、増殖などをモニターする多くの生細胞生物学の画像アプリケーションに必要です。高コントラストの明視野および位相差イメージングとロバスト性の解析機能により、正確な画像セグメンテーションが可能となり、細胞の定量化、さまざまな細胞応答や形態の評価を行うことができます。
細胞染色を行わずにセルを数える >
自動イメージングを用いて、蛍光ラベルの有無にかかわらず細胞をカウントする >
DAPI染色に代わる方法:生細胞イメージングとカウント > -
腫瘍学 - 癌研究
がん研究者は、がん細胞とその環境との間の複雑で、しばしば十分に理解されていない相互作用をより簡単に研究し、治療介入のポイントを特定することができるツールを必要としています。多くの場合、スフェロイド、オルガノイド、腫瘍や臓器のin vivo環境をシミュレートするOrgan-on-a-chipシステムなど、生物学的に関連性の高い3D細胞モデルを用いて、がん研究を促進するインストゥルメンテーションやソフトウェアについてご紹介します。
がん研究を見る > -
オルガノイド
オルガノイドは3次元(3D)多細胞マイクロティッシュであり、ヒト臓器の複雑な構造と機能を忠実に模倣するように設計されている。オルガノイドは通常、高次の自己集合を示す細胞の共培養から成り、従来の2次元細胞培養と比較して、生体内の複雑な細胞反応や相互作用をよりよく表現することができる。
脳オルガノイド >
乳がん腫瘍 >
心臓オルガノイド >
大腸がん(CRC)オルガノイド >
腸管オルガノイド >
患者由来オルガノイド(腫瘍) >
肺オルガノイド > -
生細胞を用いた
機能性アッセイの実施薬剤スクリーニング・プログラムにとって、潜在的な薬剤候補の細胞毒性効果を全体的に把握することは極めて重要です。従来の細胞毒性アッセイと組み合わせることで、薬物や化合物が正常な細胞機能に及ぼす影響についての知見が得られます。蛍光色素を利用して細胞内カルシウムの変化をモニターするカルシウム流動アッセイのような高感度機能アッセイは、細胞毒性の全容を理解するのに役立ちます。カルシウム流動アッセイは、心筋細胞のペーシングや神経細胞の電気生理学に対する化合物の影響を調べるために利用されてきました。生理学的な環境条件を維持し、高速カイネティックイメージングを実行できることは、機能的アッセイを実行するのに理想的です。
FLECS技術を用いた単一細胞収縮力のハイスループットスクリーニング >
カルシウム振動や収縮パターンを測定することで心機能を探る >
ヒトiPSC由来心筋スフェロイドを用いた心筋細胞生理に対する薬物効果の評価 > -
幹細胞研究
多能性幹細胞は、発生生物学の研究に使用したり、臓器特異性細胞のソースとして分化させ、スライド上やマルチウェルプレート上でライブまたは固定細胞ベースアッセイに使用することができます。ImageXpressシステムは、幹細胞分化の追跡から品質管理、特異的細胞種の機能測定まで、幹細胞研究者のワークフローのあらゆる部分で有用です。
幹細胞研究を見る > -
細胞内研究
生細胞イメージングでは、細胞内コンパートメントや分子が関与する様々な細胞プロセスを調べることができます。これには、オートファジー、細胞シグナリング、タンパク質輸送、受容体内在化、エンドサイトーシス、トランスロケーションなどのカイネティックプロセスをリアルタイムでモニタリングすることが含まれます。自動化イメージングシステムや蛍光タンパク質、合成蛍光色素技術の進歩により、研究者はオルガネラやタンパク質の動的機能や構造を研究する能力を拡大してきました。
ImageXpress Micro Systemを用いたライブセルキネティクスアッセイ >
神経細胞におけるオートファジーを定量化するための細胞内小胞の可視化 >
ImageXpress Microハイコンテンツイメージングシステムを用いたミトコンドリアの形状と分布の測定 >
自動イメージングによるオートファジーの検出 > -
タイムラプスイメージング
多くの生細胞イメージング・アプリケーションでは、細胞本来の環境条件を維持し、タイムラプスイメージングを行う能力が要求されます。これには、温度、pH、ガス(O2、CO2)、湿度を調節する能力が含まれます。これらの重要な構成要素を維持できることで、数日間にわたる長期的なアッセイにおいて、細胞の健全性を維持することができます。ImageXpressイメージングシステムは、環境制御、ロバスト性イメージング、パワフルな解析のシームレスなインテグリティを提供し、カイネティックイメージとデータの取得と可視化を可能にします。
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細胞増殖と細胞周期をリアルタイムでモニタリング >
ライブセルアッセイを用いた細胞周期阻害剤の評価 >
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