Label-free, High-Resolution 3D Imaging and Machine Learning Analysis of Intestinal Organoids via Low-Coherence Holotomography

Jimin Cho; Mahn Jae Lee; Juyeon Park; Jaehyeok Lee; Sumin Lee; Chaeuk Chung; Bon-Kyoung Koo; YongKeun Park

doi:10.3791/68529

Markierungsfreie, hochauflösende 3D-Bildgebung und maschinelle Lernanalyse von Darmorganoiden mit...

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Biology

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JoVE Journal Biology

Label-free, High-Resolution 3D Imaging and Machine Learning Analysis of Intestinal Organoids via Low-Coherence Holotomography

Markierungsfreie, hochauflösende 3D-Bildgebung und maschinelle Lernanalyse von Darmorganoiden mittels Low-Coherence-Holotomographie

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10:40 min

August 12, 2025

DOI: 10.3791/68529-v

Jimin Cho¹, Mahn Jae Lee², Juyeon Park^3,4, Jaehyeok Lee⁵, Sumin Lee⁵, Chaeuk Chung², Bon-Kyoung Koo⁶, YongKeun Park^3,4,5

¹Graduate School of Stem Cell and Regenerative Biology,Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), ²Division of Pulmonary and Allergy Medicine, Department of Internal Medicine,Chungnam National University Hospital, ³Department of Physics,KAIST, ⁴KAIST Institute for Health Science and Technology,KAIST, ⁵Tomocube Inc., ⁶Center for Genome Engineering,Institute for Basic Science

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a protocol for high-resolution, label-free, three-dimensional imaging of organoids, facilitating real-time visualization of structural dynamics and drug responses. The approach utilizes low-coherence holotomography, enhancing the ability to monitor biophysical changes during organoid development.

Key Study Components

Research Area

Organoid biology
Biomedical imaging techniques
Drug response analysis

Background

Importance of non-invasive imaging in live organoids
Use of AI in quantitative texture selection
Relevance in disease modeling and precision medicine

Methods Used

Holotomography for imaging organoids
Live organoid cultures
AI-driven quantitative analysis of imaging data

Main Results

Successful imaging of organoid structures in real-time
Ability to assess drug responses non-invasively
Demonstration of integration with computational analysis for improved insights

Conclusions

The method showcases a novel approach for high-resolution organoid imaging.
It provides crucial insights into biophysical properties and drug effects in a living biological context.

Frequently Asked Questions

What is the main advantage of using low-coherence holotomography?

It allows for high-resolution, label-free imaging of live organoids, enabling real-time monitoring of their structural dynamics.

How does this protocol improve drug testing methods?

The protocol enables non-invasive drug testing in live organoids, providing more accurate assessments of drug responses.

What role does AI play in this imaging approach?

AI is used for quantitative texture selection, enhancing the analysis of imaging data from organoids.

Can this method be used for other types of biological samples?

While this study focuses on organoids, the imaging technique may be adaptable to other biological systems.

What are the implications for precision medicine?

This methodology supports personalized treatment approaches by providing detailed insights into organoid behavior in response to therapeutic agents.

What further developments are planned for this research?

Future work aims to integrate additional imaging features and refine analysis techniques for broader application in disease modeling.

Is this imaging method suitable for long-term studies?

Yes, the protocol includes provisions for long-term imaging, allowing for continuous monitoring of organoid development and responses.

Wir stellen ein Schritt-für-Schritt-Protokoll für die hochauflösende, markierungsfreie und dreidimensionale Bildgebung von Organoiden mittels Low-Coherence-Holotomographie vor. Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung von Organoidkulturen, die Aufnahme von Bildern und die computergestützte Bildanalyse und ermöglicht die Echtzeit-Visualisierung der strukturellen Dynamik und des Wirkstoffansprechens in lebenden Organoiden.

Unser Ziel ist es, markierungsfreie Echtzeit-Bildgebungsverfahren für die Überwachung biophysikalischer Veränderungen in lebenden Organoiden während der Entwicklung und als Reaktion auf Medikamente zu etablieren. Dieses Protokoll ermöglicht eine optimierte Skalierung der Bildgebung und nicht-invasive Wirkstofftests an lebenden Organoiden, unterstützt durch KI-gesteuerte Mutation und quantitative Texturauswahl für die biomedizinische Forschung. Wir planen, markierungsfreie 3D-Bildgebung und eine einjährige Analyse für hochauflösende, nicht-invasive Organoidstudien in der Krankheitsmodellierung und präzisen Medizin weiter zu integrieren.

Zu Beginn aspirieren Sie das verbrauchte Medium aus jeder Vertiefung einer 48-Well-Platte, die die extrazelluläre Matrix enthält. Geben Sie 200 Mikroliter Zellwiederherstellungslösung in jede Vertiefung und inkubieren Sie 30 Minuten lang bei vier Grad Celsius. Sammeln Sie die Organoidsuspension vorsichtig mit einer Pipette und überführen Sie sie in ein Mikrozentrifugenröhrchen.

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