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Verbessern Sie Ihre Arbeitsabläufe in der 3D-Zellbiologie durch digitale Lichtblattmikroskopie

Untersuchen Sie die Krebsentwicklung auf subzellularer Ebene anhand von in vivo-ähnlichen Tumorsphäroidmodellen 

Ein Verständnis der subzellularen Mechanismen bei der Karzinogenese ist von entscheidender Bedeutung für die Krebsbehandlung. Bei den üblichen Zellmodellen werden Krebszellen in Monoschichten gezüchtet. Bei dieser Vorgehensweise wird jedoch die dreidimensionale Wechselwirkung der Tumorzellen mit ihrer Mikroumgebung vernachlässigt. Für das Verständnis der Entwicklung und Ausbreitung bösartiger Tumoren ist der Aufbau einer realistischen Mikroumgebung von entscheidender Bedeutung.

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Produkte für die 3D-Zellbiologie 5

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THUNDER Imager Model Organism

Der THUNDER Imager Model Organism ermöglicht die schnelle und einfache 3D-Erforschung ganzer Organismen in der entwicklungs- und molekularbiologischen Forschung.

THUNDER Imager 3D Live Cell & 3D Cell Culture

THUNDER Imager bieten Ihnen eine Lösung für fortgeschrittene 3D-Zellkultur-Assays - egal ob Sie Stammzellen, Sphäroide oder Organoide untersuchen.

THUNDER Imager Tissue

Der THUNDER Imager Tissue ermöglicht Echtzeit-Fluoreszenz-Imaging von 3D-Gewebeschnitten, die typischerweise in der Neurowissenschaft und der Histologie-Forschung verwendet werden.

Leica TCS SP8 DLS

Leica TCS SP8 DLS

Die Kombination von Lichtblatt- und Konfokalmikroskopie

Eine Herausforderung für die konventionelle Mikroskopie

Eine ständig steigende Anzahl von Kultivierungsmethoden ermöglicht es, Krebszellen in Form dreidimensionaler Zellgebilde zu züchten. Diese Zellsphäroide simulieren die Eigenschaften fester Tumoren und eignen sich gut, um die Krebsentwicklung physiologisch aussagekräftig abzubilden. Die vielschichtige 3D-Struktur und deren Größe stellen die konventionelle Lichtmikroskopie jedoch vor eine Herausforderung. Diese Hürde kann durch Lichtblattmikroskopie überwunden werden. Sie ermöglicht es, subzellulare Veränderungen in größeren Proben in angemessener Zeit zu verfolgen.

Optimieren Sie Ihre Ergebnisse

Die Untersuchung von Zellsphäroiden mit dem Leica SP8 DLS Digital LightSheet Mikroskop vermittelt elementare Einsichten in die zellulären und molekularen Vorgänge – in handelsüblichen Petrischalen – und eignet sich ausgezeichnet für die Krebsforschung.

Arbeitsablauf der Sphäroidbildgebung für Experimente mit mehreren Positionen

Das digitale Lichtblattmodul (Digital LightSheet, DLS) von Leica Microsystems kann in die vertikale Achse jedes inversen TCS SP8 Konfokalmikroskops eingebaut werden. 

  • Zeitersparnis durch einfache Probenvorbereitung in handelsüblichen Petrischalen 
  • Die Aufnahme mehrerer Sphäroide in einem Experiment ermöglicht produktive Langzeitbeobachtung 

Weitere Informationen über die digitale Lichtblattmikroskopie von Leica

Zeitrafferaufnahme von dreidimensional gezüchteten Mammalepithel-Mikrosphäroiden über 7,5 Stunden. Daten mit freundlicher Genehmigung der Forschungsgruppe für intelligente Bildgebung (B. Eismann/C. Conrad) am BioQuant/DKFZ Heidelberg

3D-Zellbiologie, Sphäroide, Organoide

Im letzten Jahrzehnt hat die Verwendung von 3D-Zellkulturen erheblich zugenommen und sich zu einem interessanten und zuverlässigen Zellmodell entwickelt. Immer mehr Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass 3D-Zellkulturen schon bald die herkömmlichen Monoschichten ablösen werden, oder zumindest sinnvoll ergänzen. 

Jüngere Beispiele von 3D-Zellkulturen haben neue Einsichten z.B. in Kolorektalkrebs (CRC) und seine komplexen zugrunde liegenden Entwicklungsmechanismen eröffnet. Organoide finden dabei vielfältige wertvolle Anwendungen in der Krankheitsforschung sowie in der regenerativen und personalisierten Medizin.

A. Probenpräparation

Die Probe wird in handelsüblichen Petrischalen mit Glasboden präpariert. Besondere Utensilien, z. B. Kapillaren, sind nicht erforderlich.

Sie können mehrere Präparate in einem einzigen Versuchsaufbau vorbereiten, 

  • indem Sie mehrere Sphäroide direkt in einem geringen Volumen Hydrogel züchten oder alternativ 
  • mehrere Tropfen Hydrogel in die Petrischale geben und die bereits entwickelten Sphäroide dorthin übertragen.

B. Einbettung

Die Petrischale wird umgedreht, sodass die Sphäroide in eine Position sinken, die optimale Beobachtbarkeit garantiert.

Im nächsten Schritt wird das Hydrogel bei 37 °C verfestigt, sodass es die Sphäroide fixiert. 

Schließlich wird die Petrischale wieder in die ursprüngliche Ausrichtung gebracht und mit dem Kultivierungsmedium gefüllt.

C. Lichtblattbildgebung

Anschließend wird die Petrischale auf dem Probenhalter des Leica TCS SP8 DLS platziert. Der TwinFlect-Spiegel ermöglicht eine zweiseitige Beleuchtung für eine schnelle und einfache Bildgebung. Dank der äußerst geringen Belichtung während der Bildaufnahme kann die natürliche Entwicklung der Sphäroide über lange Zeiträume hinweg verfolgt werden. Die Konstruktion des DLS-Moduls von Leica erlaubt es, mehrere Proben in einem einzigen Experiment zu betrachten (Multipositions-Experiment). Die Proben können unter Verwendung des ganzen Chips einer sCMOS-Kamera mit mehr als 60 Einzelbildern pro Sekunde aufgenommen werden – Frame für Frame, Stapel für Stapel und über die Zeit. Um geeignete Kulturbedingungen herzustellen, können Sie Inkubationssysteme verschiedener Hersteller hinzufügen, z. B. Okolab oder TokaiHit.

D. Handhabung der Daten

Speichern Sie die Bilder, sobald sie aufgenommen sind, indem Sie sie kontinuierlich vom temporären Speicher zur Festplatte oder einer Serverlösung streamen (z. B. Acquifer HIVE).

E. Visualisierung

Gleich nachdem die Bilder erfasst sind, können Sie Ihre Ergebnisse mit der 3D-Visualisierung der Leica-Software LAS X darstellen. 

Dabei können Sie sich ein Sphäroid an einem bestimmten Zeitpunkt dreidimensional anschauen oder ein Teilvolumen der erfassten Daten untersuchen, um einzelne mit verschiedenen Markern gekennzeichnete Zellteilungen zu visualisieren.

Video: Subvolume einer 4D-Erfassung eines Mammaepithelialen Mikrosphäroids. Kerne in grün, Zytoskelett in rot. Daten mit freundlicher Genehmigung der Forschungsgruppe für intelligente Bildgebung (B. Eismann/C. Conrad) am BioQuant/DKFZ Heidelberg

F. Analyse

Der Vergleich von Sphäroiden mit unterschiedlichem genetischem Hintergrund oder unterschiedlicher Behandlung stellt eine große Herausforderung dar. Die Datenanalyse ist daher ein wichtiger Vorgang, um quantitative Informationen z. B. über gesundes und beeinträchtigtes Gewebe zu erhalten.

Die Software Leica LAS X enthält vielseitige 2D- und 3D-Analysewerkzeuge.

G. Teilen

Mithilfe gängiger Bildformate wie TIF und JPEG können Sie Ihre Ergebnisse weltweit mit Kollegen, anderen Instituten oder den Medien teilen. Filme lassen sich auf einfache Weise als MP4-Videos exportieren. Ihre quantitativen Ergebnisse können in Excel-Berichten weiter untersucht werden.

Weitere Lektüre zum Thema 3D-Biologie

Weitere Forschungsfelder: Neurowissenschaft

Als ein Fortschritt in der Neurowissenschaft ist die Entwicklung eines Organoidmodells des Zika-Virus zum Studium des Gehirns zu nennen. Diese Organoide bilden ideale In-vitro-Modelle für Entwicklung, Pathogenese und Wirkstoffscreening.

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