Incorporação coplanar de múltiplos modelos de células 3D em hidrogel para alta

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9991 (2022) Citar este artigo

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Métodos padronizados e de alto rendimento foram desenvolvidos para a produção e manipulação experimental de alguns modelos 3D in vitro. No entanto, ainda faltam ferramentas analíticas adaptadas para que cientistas e pesquisadores explorem totalmente o potencial de modelos celulares complexos em testes pré-clínicos de medicamentos e medicina de precisão. A histologia é o método estabelecido, econômico e padrão-ouro para análise estrutural e funcional de tecidos. No entanto, os processos histológicos padrão são desafiadores e caros para aplicar a modelos de células 3D, pois seu tamanho pequeno geralmente leva a um mau alinhamento das amostras, o que reduz o rendimento da análise. Este corpo de trabalho propõe uma nova abordagem: HistoBrick facilita o processamento histológico de esferoides e organoides, permitindo a incorporação de gel de modelos de células 3D com alinhamento coplanar preciso, paralelo ao plano de corte, minimizando assim a perda de material de amostra. Os recursos do HistoBrick são compatíveis com os padrões de automação, permitindo potencialmente a transferência automatizada de amostras de uma placa de vários poços para o dispositivo de gel. Além disso, a tecnologia da HistoBrick foi validada pela demonstração do alinhamento de esferoides cultivados HepG2 medindo 150–200 µm de diâmetro com uma precisão de altura de ± 80 µm. O HistoBrick permite que até 96 amostras sejam estudadas em seções mínimas, abrindo caminho para a micro-histologia de alto rendimento.

Modelos de células tridimensionais (3D) in vitro vêm ganhando força, pois permitem funções, arquitetura e interfaces de tecidos fisiologicamente relevantes em comparação com culturas bidimensionais (2D). Modelos in vitro complexos derivados de pacientes refletem a composição genética única. Além disso, análises ômicas e de triagem de drogas são altamente facilitadas em comparação com experimentos em animais1. Nesse contexto, modelos complexos in vitro, como esferoides, organoides ou tumoroides (coletivamente chamados de microtecidos), estão sendo amplamente utilizados para modelagem de doenças, desenvolvimento pré-clínico de medicamentos e engenharia de tecidos2. Os microtecidos apoiam assim a implementação da medicina personalizada3. Modelos complexos de células 3D4 foram usados ​​principalmente para elucidar aspectos da biologia celular5, enquanto se seguiu o desenvolvimento de ferramentas e metodologias padronizadas para produção, classificação, colocação, maturação e análise. Como tal, a análise de alto rendimento e o controle de qualidade de sistemas celulares complexos permanecem um desafio contínuo. A histologia é o método padrão-ouro para a análise da microanatomia dos tecidos; assim, a análise histológica dos modelos de células 3D é uma consequência lógica. Combinado com a imuno-histoquímica, fornece informações sobre a morfologia e composição do tecido com a visualização de proteínas ou antígenos específicos. A micro-histologia é uma técnica poderosa para controle de qualidade durante todas as etapas processuais do desenvolvimento da tecnologia de microtecidos, com uma necessidade crescente de análise final (Fig. 1).

Cadeia de processamento de microtecidos mostrando a crescente necessidade de micro-histologia. Além da análise do ponto final e dando acesso à microanatomia e biologia dos microtecidos, a micro-histologia ajuda a determinar o efeito das etapas de processamento nas amostras (por exemplo, estresse ou danos que afetam a morfologia e as funções biológicas, quando combinados com imuno-histoquímica). Assim, é o método de escolha para controle de qualidade para a implementação de novos métodos que atendem o fluxo completo do processo de microtecidos, desde a produção até o desenvolvimento do modelo de tecido. Criado com BioRender.com.

No entanto, os processos histológicos atuais não são adequados para lidar com microtecidos porque são menores que as amostras de biópsia e quase transparentes. Além disso, problemas técnicos de manuseio também podem levar a um processamento lento e complicado, produzindo resultados com rendimento limitado que não podem ser reproduzidos por meio de automação6.