A survey on Organoid Image Analysis Platforms

要約

インビトロ細胞培養システムは、生物学的発見や特定の細胞タイプに関する仮説主導型の研究に使用され、メカニズムの解明や医薬品のテストに利用されています。従来のインビトロ培養は、2次元表面上にプレーティングした初代細胞や不死化細胞株に適用されてきた。しかし、複雑な生理的環境では信頼性が低く、生体内の挙動を必ずしも正しく予測することはできません。オルガノイドは、初代ドナーや幹細胞の多細胞スフェロイドで、体外細胞培養系に置き換えられ、生物学、生物医学、トランスレーショナル研究において広く用いられている。臓器や疾患組織の本来の不均一性、微細構造、機能性は、オルガノイドのような3次元の体外組織モデルで表現することができます。オルガノイドは、創薬や個別化薬物スクリーニングのための体外モデルとして不可欠である。しかし、オルガノイドの閉塞、重なり、スフェロイドのピンボケ、サイズの不均一性など、多くの画像アーティファクトが存在するため、従来の画像処理では困難であった。生物学におけるオルガノイドモデルの重要性にもかかわらず、そのサイズと形状はほとんど考慮されていない。薬物反応は、個々のオルガノイドの形態、数、サイズのダイナミックな変化に依存しており、オルガノイドの形状やサイズの違い、焦点面を通る動き、選択肢が限られたライブセル染色は、薬物反応や成長解析の課題となっていることを意味する。本研究では、まず、医学の様々な分野におけるオルガノイド培養システムの役割の重要性と、オルガノイドの活用の様々な可能性を紹介します。次に、オルガノイドの運用に関する課題を検討し、オルガノイドの活用に関する課題を解決するためにオルガノイドに適用される画像解析システムやプラットフォームについてレビューします。

要約(オリジナル)

An in-vitro cell culture system is used for biological discoveries and hypothesis-driven research on a particular cell type to understand mechanistic or test pharmaceutical drugs. Conventional in-vitro cultures have been applied to primary cells and immortalised cell lines plated on 2D surfaces. However, they are unreliable in complex physiological environments and can not always predict in-vivo behaviour correctly. Organoids are multicellular spheroids of a primary donor or stem cells that are replaced in vitro cell culture systems and are widely used in biological, biomedical and translational studies. Native heterogeneity, microanatomy, and functionality of an organ or diseased tissue can be represented by three-dimensional in-vitro tissue models such as organoids. Organoids are essential in in-vitro models for drug discovery and personalised drug screening. Many imaging artefacts such as organoid occlusion, overlap, out-of-focus spheroids and considerable heterogeneity in size cause difficulty in conventional image processing. Despite the power of organoid models for biology, their size and shape have mostly not been considered. Drug responses depend on dynamic changes in individual organoid morphology, number and size, which means differences in organoid shape and size, movement through focal planes, and live-cell staining with limited options cause challenges for drug response and growth analysis. This study primarily introduces the importance of the role of the organoid culture system in different disciplines of medical science and various scopes of utilising organoids. Then studies the challenges of operating organoids, followed by reviewing image analysis systems or platforms applied to organoids to address organoid utilising challenges.

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