挑战
在非酒精性脂肪性肝炎 (NASH) 和非酒精性脂肪肝病 (NAFLD) 领域中，迫切需要一种使研究人员能够更好地在低成本和中等通量体外检测中筛选出潜在治疗药物的体外模型。在美国，肝脏疾病每年可影响数百万人，但目前几乎没有有效的治疗方法。Visikol 专注于将组织和细胞的分析范式从定性人为驱动方法转变为定量计算机视觉驱动方法。他们为制药和生物科技客户提供服务，帮助他们加快药物发现，并通过使用先进的细胞培养模型和分析技术缩小体外和体内研究之间的转化差距。
虽然已知 NASH 和 NAFLD 的早期阶段均可逆，但研究人员一直在努力开发逆转这一过程的治疗方法。开发这些治疗方法的一个主要难题在于，目前还没有任何预测性体外模型能够准确代表肝脏以及 NASH 或 NAFLD 体外疾病进展。由于缺乏体外模型，目前的几项后期临床试验也出现了失败，并且在这些治疗方法的开发中也花费了巨大的成本和时间。
此外，生物材料会有效地散射光线且较厚标本的图像质量会迅速下降，因此对 3D 细胞培养模型进行成像具有挑战性。另外，三维数据集的处理可能难以实现统一的 3D 组织标记。
解决方案
Visikol 使用 ImageXpress 显微共聚焦高内涵成像系统进行成像，与 Visikol HISTO-M结合使用时，可让研究人员完全看到整个 3D 细胞培养模型或细胞球。MetaXpress 高内涵图像采集和分析软件可提供板中每孔的布局（每个孔有一个细胞球）。Visikol 团队选择了合适的光波长，以在模型中激发荧光基团，并且这些荧光基团发出的不同光波长可通过成像仪相机进行捕获。随后手动设置阈值，从而识别阳性染色胶原区域。通常使用 20 个 Z 轴层扫来进行成像，使相机能够捕获平均厚度为 150 至 250 微米的细胞球的整个范围。使用每块玻片的最大发射强度来压缩 Z 轴层扫，从而形成 Z 堆栈，即对一张图像中每块玻片的最亮发射点进行编译。所得图像能够显示多个免疫标记通道，包括白蛋白、波形蛋白、CD68、CD31 和 DAPI。
对模型进行成像，使研究人员能够观察化合物如何与细胞相互作用，从而了解临床试验中的化合物如何对人们造成影响。NASH 3D 模型的一个重要方面是分析模型中形成的瘢痕组织。成像还可以显示模型中与客户化合物相关的细胞活性。
结果
Visikol 团队开发了数种模仿肝内组织微环境的 3D 细胞培养模型，以模拟 NASH 和 NAFLD 疾病进展过程。这些模型通过将 3D 共聚焦高内涵成像与其他读数和各种治疗方法结合起来进行评估，以定量这些模型能够在多大程度上改善与 NASH 相关的纤维化过程。
Visikol HepaRG 和非实质细胞共培养 3D 细胞球用溶媒或 ALK-5 抑制剂预处理 1 小时，然后用 100 nM TGF-β 诱导纤维化 48 小时。在上述图像中，蓝色表示 DAPI、绿色表示活性指示剂，红色表示泛胶原。如下所述，对每个 3D 细胞培养模型定量泛胶原荧光强度以及体积。可以看出，TGF-β 会降低细胞活性并缩小细胞球的尺寸，同时还引起胶原沉积，而 ALK-5 抑制剂能够部分改善细胞活性下降情况和胶原沉积。
