オルガノイド

生物学的研究と疾患モデル実際の組織の複雑さを再現

オルガノイドとは？

オルガノイドは、幹細胞由来の3D（3次元）多細胞微細組織であり、肺、肝臓、脳などの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ます。オルガノイドは多細胞であり、高次の自己集合を示すため、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ます。

オルガノイドには3つの定義がある：
・数種類の細胞を封じ込めた3Dバイオロジー微細組織である
・組織の複雑さ、組織、構造を表している
・組織の機能面においていくつかの類似点がある

がん研究、神経生物学、幹細胞研究、創薬研究などの分野で、ヒト組織のモデリングを強化できるオルガノイドの重要性が高まっています。幹細胞から分化したオルガノイドは、肝臓、肺、脳、腎臓、胃、腸など、さまざまな組織に分化させることができます。これらの3D微細組織は生体内の臓器を模倣しているため、研究者はヒトの発生や疾患のメカニズムについてより深い洞察を得ることができます。例えば、研究者は遺伝子組み換え細胞からオルガノイドを培養し、特異性遺伝子変異が特定の遺伝性疾患とどのように関連しているかを理解することができます。またオルガノイドは、感染症や宿主と病原体の相互作用の研究を促進することもできます。薬物スクリーニングや毒性評価に患者由来のオルガノイドを使用できるようになったことで、研究者は個別化医療をさらに進化させることができました。

オルガノイド培養とスクリーニングの一般的なワークフロー

オルガノイドやその他の3D細胞システムの複雑化に伴い、これらの生物学的アッセイについて正確かつ効率的に特性評価するためには、より高度な3Dイメージングと解析技術が必要とされています。今日では、自動共焦点イメージングシステムと3D画像解析ソフトウェアは、研究者のワークフローを合理化し、最適な結果を得るために広く使用されています。

オルガノイドの共焦点イメージングと3D画像解析

オルガノイドは疾患モデリングや化合物効果の評価に非常に有用です。オルガノイドのイメージングと解析の自動化は、オルガノイドにおける表現型の変化を定量的に評価し、実験やスクリーニングのスループットを向上させるのになくてはならないものです。

特に高性能レーザーと水浸対物レンズを備えたImageXpress® Confocal HT.aiシステムのような共焦点イメージングは、3D生物学の複雑なアッセイを捉えるのに役立ちます。スフェロイドのような固形物の外観を持ち、光の透過が制限されるものとは異なり、肺オルガノイドのような3Dオルガノイドは、内部に内腔（空洞）を持ち、光が透過しやすいため、マトリゲルに埋め込まれた微小組織を「透過してイメージング」することができます。

MetaXpress®やIN Carta画像解析ソフトウェアのようなハイコンテント解析ツールは、単一平面または最大投影画像の場合は2Dフォーマットで、ソフトウェアによって複数の平面からのオブジェクトが3D空間で連結され再構成される場合は3Dで、複数の対物/オルガノイドの発見と特徴付けを可能にします。オルガノイドは、直径、体積、形状、異性マーカーの強度、または他の対物レンズとの距離について特徴付けることができます。

さらに、個々のセル、核、オルガネラを定義し、各オルガネロイド内で測定することもできます。これにより、生細胞や死細胞、あるいは特異性マーカーを持つ細胞のカウントが可能になり、対物レンズ間の体積や距離も定義できます。数値はオルガノイドごとにカウントすることも、ウェルごとに平均化することも可能です。

3Dオルガノイドモデルのイメージングと解析：この短いビデオでは、イメージングアプリケーションサイエンティストであるアンディ・バッシュフォードが、3D気道オルガノイドモデルの素晴らしい事例と、このタイプのアッセイを最大限に活用するための興味深い方法を紹介しています。

肺オルガノイド細胞画像ギャラリー