Automatisation, imagerie et avenir

Découvrez comment la biologie 3D, l'automatisation et l'IA révolutionnent la découverte de médicaments, l'amélioration de la précision prédictive et l'accélération de la recherche.

Pouvez-vous vous présenter et nous parler de votre rôle dans les appareils moléculaires?

Je m'appelle Oksana Sirenko, et je suis un scientifique principal chez Molecular Devices. Notre entreprise est spécialisée dans le développement d'instruments et de réactifs pour la recherche biologique. Notre mission est d'autonomiser les scientifiques en fournissant des outils qui soutiennent les découvertes scientifiques innovantes et finalement améliorer la qualité de vie. Dans mon rôle, je me concentre sur l'imagerie, l'automatisation et les tests cellulaires avancés, avec un accent particulier sur la biologie 3D et les applications de découverte de médicaments.

Pourquoi la biologie 3D attire-t-elle autant d'attention dans la découverte de médicaments et la modélisation des maladies?

L'un des plus grands défis de la découverte de médicaments est le taux d'échec élevé des candidats médicamenteux dans les essais cliniques – un échec à 90% environ. Cela est dû en grande partie aux limites des cultures de cellules 2D et des modèles animaux, qui ne reproduisent souvent pas avec précision la complexité des tissus humains. En revanche, les organoïdes et autres modèles 3D imitent mieux la biologie humaine, offrant des plateformes plus prédictives pour le dépistage des médicaments, l'évaluation de la toxicité et la modélisation des maladies.

Quels sont certains des principaux avantages des organoïdes par rapport aux cultures traditionnelles de cellules 2D et aux modèles animaux?

Les organoïdes offrent plusieurs avantages clés par rapport aux modèles traditionnels. Ils offrent une meilleure pertinence biologique en reproduisant la complexité structurelle, l'organisation et la fonctionnalité des tissus humains. Leur précision prédictive plus élevée comble l'écart entre les tests cellulaires simples et les systèmes d'organes entiers, ce qui les rend plus précieux pour la découverte de médicaments. Les organoïdes sont également plus rentables que les modèles animaux, offrant un dépistage plus rapide et plus haut débit. De plus, les organoïdes dérivés des patients permettent une médecine personnalisée en permettant aux scientifiques de tester les réponses médicamenteuses sur des modèles dérivés de patients individuels.

Quels sont les principaux défis qui empêchent l'adoption plus large de la technologie organoïde?

Malgré leur potentiel, les organoïdes sont confrontés à plusieurs obstacles à une adoption plus large. La culture des organoïdes est à forte intensité de main-d'œuvre et prend du temps, nécessitant souvent une expertise importante et une manipulation manuelle. La complexité technique est un autre obstacle, car des processus tels que l'ensemencement, l'alimentation, le passage et la surveillance de la demande de haute précision. La reproductibilité reste un défi, avec des difficultés à normaliser la formation organoïde dans plusieurs puits ou plaques. L'évolutivité est également un problème, car l'adaptation des modèles organoïdes pour le dépistage à haut débit évolue toujours. Cependant, les progrès de l'automatisation, de l'imagerie à haut contenu et de l'analyse basée sur l'apprentissage automatique contribuent à surmonter ces défis.

Comment l'automatisation aide-t-elle à relever ces défis dans la recherche organoïde?

L'automatisation joue un rôle crucial dans la surmonter les défis associés à la recherche organoïde en simplifiant les flux de travail et en améliorant la reproductibilité, l'évolutivité et l'efficacité globale. Les nouvelles technologies permettent désormais l'ensemencement, l'alimentation et le passage des cellules automatisées, ce qui réduit le besoin de main-d'œuvre manuelle. L'échange de médias automatisé maintient la cohérence tout en préservant l'intégrité des organoïdes. L'imagerie à haut débit et l'analyse en temps réel fournissent des informations précieuses sur le développement des organoïdes. De plus, la prise de décision motivée par l'apprentissage permet un logiciel de guider le calendrier expérimental basé sur l'analyse d'image. Ces capacités rendent la biologie 3D plus accessible pour la recherche à grande échelle et la découverte de médicaments.

Pouvez-vous décrire le CellXpress.ai^TM Système de culture cellulaire automatisée et comment il améliore les workflows de biologie 3D à haut débit?

Le système CellXpress.ai est une plate-forme automatisée conçue pour rationaliser et mettre à l'échelle des flux de travail organoïdes. Il intègre un incubateur automatisé, un système de manipulation de liquide, un imageur à haut contenu et un ascenseur robotique pour le mouvement de la plaque. Cette configuration complète permet une automatisation complète de processus complexes tels que l'ensemencement cellulaire, l'alimentation, le passage, l'imagerie et l'analyse des données. Les chercheurs peuvent créer des flux de travail personnalisables, des vitesses et des volumes de pipetage de contrôle et ajuster les protocoles en temps réel en fonction des résultats de l'imagerie. Ce niveau d'automatisation améliore la reproductibilité, améliore l'efficacité et permet aux chercheurs d'exécuter plusieurs protocoles simultanément, ce qui en fait une solution puissante pour la découverte de médicaments à haut débit.

Quel rôle joue l'imagerie à haut contenu dans l'étude des organoïdes, et comment se compare-t-il aux méthodes d'imagerie 2D?

L'imagerie à haut contenu est essentielle pour étudier les organoïdes car il fournit des informations 3D détaillées que les méthodes d'imagerie 2D ne peuvent tout simplement pas fournir. Des techniques comme l'imagerie confocale permettent aux chercheurs de pénétrer les structures organoïdes et de visualiser les caractéristiques internes. Cela permet la génération de piles d'images 3D pour l'analyse volumétrique et permet la caractérisation de la forme, de la taille et de la densité organoïdes au fil du temps. Les chercheurs peuvent également analyser les populations de cellules individuelles au sein d'un organoïde pour surveiller la viabilité, la prolifération et les changements phénotypiques. Ces capacités améliorent considérablement le dépistage des médicaments, les évaluations de la toxicité et la modélisation des maladies, ce qui rend les organoïdes plus pratiques et puissants pour la recherche pharmaceutique.

Comment les tests fonctionnels, tels que l'analyse du flux de calcium, peuvent-ils fournir des informations plus approfondies sur les effets des médicaments sur les modèles 3D?

Les tests fonctionnels permettent aux chercheurs d'observer les réponses physiologiques en temps réel, offrant des informations qui vont au-delà des évaluations structurelles ou de viabilité. L'analyse du flux de calcium est particulièrement précieuse dans des modèles organoïdes spécifiques. Dans les organes cardiaques, il peut mesurer le taux de battement, l'amplitude et la rythmicité, contribuant à évaluer comment les médicaments affectent la fonction cardiaque. Dans les tests de neurosphéroïdes, le flux de calcium peut détecter les oscillations neuronales, offrant un aperçu des effets des médicaments neuroactifs. De plus, la signalisation irrégulière du calcium peut servir d'indicateur précoce de la cytotoxicité. Ces mesures cinétiques offrent une vision plus complète des effets des médicaments que l'imagerie statique.

Quels sont les exemples d'applications du monde réel où les workflows organoïdes automatisés ont amélioré les résultats de la recherche?

Les workflows organoïdes automatisés ont des recherches considérablement avancées dans plusieurs domaines clés. Dans la recherche sur le cancer, des tumoroïdes dérivés des patients sont utilisés pour évaluer les réponses médicamenteuses dans un contexte de médecine personnalisée. Les neurosphéroïdes sont appliqués dans la modélisation des maladies neurodégénératives pour étudier les traitements potentiels pour des conditions telles que la maladie d'Alzheimer et de Parkinson. Dans le domaine du dépistage de la cardiotoxicité, les tests à haut débit utilisant des organes cardiaques améliorent l'évaluation de la sécurité des médicaments pour des conditions telles que l'insuffisance cardiaque et l'arythmie. Les organoïdes hépatiques gagnent également du terrain en tant que modèles alternatifs pour la toxicologie pharmaceutique, réduisant la dépendance aux tests animaux. L'automatisation permet l'évolutivité de ces applications, accélérant les découvertes tout en réduisant les coûts et la variabilité.

Où voyez-vous l'avenir de la biologie et de l'automatisation 3D dans la découverte de médicaments?

L'avenir de la biologie 3D réside dans l'intégration des plates-formes entièrement automatisées et alimentées par l'IA qui combinent la culture automatisée et le dépistage des flux de travail avec une imagerie avancée et une analyse basée sur l'apprentissage automatique. Ces systèmes incorporeront également des tests fonctionnels pour fournir des informations plus approfondies sur le comportement cellulaire. La médecine personnalisée bénéficiera considérablement à mesure que les organoïdes dérivés des patients deviennent une partie courante du dépistage des médicaments. En s'éloignant des modèles 2D et animaux obsolètes vers des systèmes à haut débit pertinents humains, nous pouvons accélérer le rythme de la découverte de médicaments, améliorer le succès de la traduction et finalement fournir de meilleurs résultats pour les patients.

À propos des appareils moléculaires UK Ltd

Molecular Devices est l'un des principaux fournisseurs mondiaux de technologie scientifique de vie haute performance. Nous rendons possibles la découverte scientifique avancée pour les clients universitaires, pharmaceutiques et biotechnologiques avec des plateformes pour le dépistage à haut débit, l'analyse génomique et cellulaire, la sélection des colonies et la détection des microplaques. Du cancer à Covid-19, nous avons contribué aux percées scientifiques décrites dans plus de 230 000 publications évaluées par des pairs.

Plus de 160 000 de nos solutions innovantes sont incorporées dans les laboratoires du monde entier, permettant aux scientifiques d'améliorer la productivité et l'efficacité – accélérant finalement la recherche et le développement de nouvelles thérapies. Molecular Devices a son siège social à Silicon Valley, en Californie, avec des équipes les meilleures en classe à travers le monde. Plus de 1 000 associés sont guidés par notre diversité d'équipe de leadership et de présidente qui privilégie une culture de collaboration, d'engagement, de diversité et d'inclusion.

Pour en savoir plus sur la façon dont les appareils moléculaires contribuent à accélérer la découverte scientifique, visitez www.moleculardevices.com.