Longitudinal morphologischen und physiologischen Überwachung der dreidimensionalen Tumor Sphäroide mit optischen Kohärenztomographie

Yongyang Huang; Jinyun Zou; Mudabbir Badar; Junchao Liu; Wentao Shi; Shunqiang Wang; Qiongyu Guo; Xiaofang Wang; Sarah Kessel; Leo Li-Ying Chan; Peter Li; Yaling Liu; Jean Qiu; Chao Zhou

doi:10.3791/59020

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Methodenartikel

Longitudinal morphologischen und physiologischen Überwachung der dreidimensionalen Tumor Sphäroide mit optischen Kohärenztomographie

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DOI:

10.3791/59020

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9. Februar 2019

Yongyang Huang¹ , Jinyun Zou¹ , Mudabbir Badar¹ , Junchao Liu¹ , Wentao Shi⁵ , Shunqiang Wang² , Qiongyu Guo³ , Xiaofang Wang¹ , Sarah Kessel⁴ , Leo Li-Ying Chan⁴ , Peter Li⁴ , Yaling Liu²^,⁵ , Jean Qiu⁴ , Chao Zhou¹^,⁵^,⁶

¹Department of Electrical and Computer Engineering, Lehigh University, ²Department of Mechanical Engineering, Lehigh University, ³Department of Biomedical Engineering, Southern University of Science and Technology, ⁴Department of Technology R&D, Nexcelom Bioscience LLC, ⁵Department of Bioengineering, Lehigh University, ⁶Center for Photonics and Nanoelectronics, Lehigh University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Optische Kohärenztomografie (OCT), eine dreidimensionale imaging-Technologie, wurde verwendet, um zu überwachen und zu charakterisieren, die Wachstum Kinetik der vielzelligen Tumor Sphäroide. Präzise volumetrische Quantifizierung der Tumor Sphäroide mit einem Voxel zählen Ansatz und markierungsfreie abgestorbenes Gewebe-Erkennung in der Sphäroide basierend auf intrinsische optische Dämpfung dagegen wurden demonstriert.

Zusammenfassung

Tumor-Sphäroide wurden als eine dreidimensionale (3D) Kultur Zellmodell in der Krebs-Forschung und Anti-Krebs-Wirkstoffforschung entwickelt. Jedoch Hochdurchsatz-bildgebende Modalitäten Verwendung von hellen Feld oder Fluoreszenz-Detektion, derzeit nicht in der Lage, die insgesamt 3D-Struktur des Tumor-Sphäroid aufgrund begrenzter Lichtdurchlässigkeit, Diffusion von Fluoreszenzfarbstoffen zu lösen und Tiefe-Abwicklungsfähigkeit. Vor kurzem, unser Labor demonstriert die Verwendung der optischen Kohärenztomographie (OCT), ein markierungsfreie und zerstörungsfreie 3D bildgebende Modalität, um längs Charakterisierung von mehrzelligen Tumor Sphäroide in eine 96-Well-Platte auszuführen. OCT war in der Lage, 3D morphologischen und physiologischen Informationsbeschaffung der Tumor Sphäroide wächst bis zu ca. 600 µm in der Höhe. In diesem Artikel zeigen wir eine Hochdurchsatz-Okt (HT-Okt) Image System, die scannt die gesamte Multi-well-Platte und OCT 3D-Daten der Tumor Sphäroide automatisch erhält. Wir beschreiben die Details der HT-OCT-System und Bau Richtlinien im Protokoll. Aus den 3D-Daten OCT einer visualisieren die Gesamtstruktur der Sphäroid mit 3D gerendert und orthogonale Scheiben Längenwachstums Kurve von der Tumor-Sphäroid morphologische anhand von Größe und Volumen zu charakterisieren und überwacht das Wachstum von die toten Zellen Regionen in der Tumor-Sphäroid basierend auf optische intrinsischen Dämpfung Kontrast. Wir zeigen, dass HT-OCT als Hochdurchsatz-bildgebende Modalität für Drug screening sowie die Charakterisierung von Biofabricated Proben verwendet werden kann.

Einleitung

Krebs ist die zweithäufigste Ursache des Todes in der Welt¹. Medikamente gegen Krebs zu entwickeln, ist von entscheidender Bedeutung für die Patienten. Jedoch wird es geschätzt, dass mehr als 90 % der neue Anti-Krebs-Medikamente in der Entwicklungsphase wegen mangelnder Wirksamkeit und unerwartete Toxizität in klinischen Studien²scheitern. Der Teil des Grundes lässt sich zurückführen auf die Verwendung von einfachen zweidimensionalen (2D) Kultur Zellmodelle für zusammengesetzte Screening, die Ergebnisse mit begrenzten Vorhersagewerte der zusammengesetzten Wirksamkeit und Toxizität für die folgenden Phasen des Drug Discov....