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3D-Vorschau der Analyseergebnisse, in der die einzelnen Zellen in der äußeren Schicht eines Organoids in verschiedenen Farben dargestellt werden.
BILDANALYSE

KI-gestützte Bildanalyse für die Organoidforschung und -analyse

Mit dem Modernization Act 2.0 der FDA haben Organoide eine zentrale Rolle für wichtige Forschungsanwendungen erhalten. Wissenschaftler in Biowissenschafts-, Biotech- und Pharmalaboren zeigen sich hoch interessiert, KI-gestützte Verfahren einzuführen, die eine komplexe Analyse von Wachstum, Volumen und Quantifizierung von Organoiden in 3D ermöglichen. Unsere innovativen Algorithmen unterstützen Sie bei Ihrer Organoidforschung. Von der Visualisierung bis hin zur automatisierten Analyse und der subzellulären Segmentierung: Wir stehen Ihnen zur Seite. KI-Modelle heben Ihre Organoidanalysen auf eine ganz neue Ebene.

Das Lichtmikroskopiebild eines Organoids wird in 3D analysiert und zeigt einzelne Zellen und subzelluläre Strukturen. Das Organoid ist grün dargestellt. Die Zellkerne in der äußeren Zellschicht sind rot segmentiert, die Zellkerne im Lumen werden gelb gezeigt.

3D-Visualisierung eines Organoids (grün), der Zellkerne in der äußeren Zellschicht (rot) und der Zellkerne im Lumen (gelb).

Analyse des Organoidwachstums auf Zellebene

Segmentierung einzelner Zellen in Organoiden in 3D zur Quantifizierung der Zellzahlen und der Marker-Expression für die Analyse des Organoidwachstums

Die automatisierte Analyse ist wichtig, wenn es darum geht, die Auswirkungen von Arzneimitteln auf das Organoidwachstum und die Zelldifferenzierung in Organoiden zu quantifizieren.

Mit dieser Lösung lassen sich Organoide, ihr Lumen und die Zellkerne in den Organoiden mithilfe einer Kombination aus KI-Werkzeugen und herkömmlichen Bildanalyseschritten in ZEISS arivis Pro segmentieren. Die Zellkörper der einzelnen Zellen in der äußeren Schicht der Organoide werden anhand der Zellkernmasken segmentiert.

‍Nach der Segmentierung der Organoide und der darin befindlichen Zellen werden unter anderem das Organoid- und Lumenvolumen, die Rundheit der Organoide und die Anzahl der Zellen pro Organoid angezeigt. Darüber hinaus kann die Marker-Expression auf Ebene einzelner Zellen analysiert werden und der prozentuale Anteil von markerpositiven Zellen wird angegeben. Diese Analyse kann für einzelne Bilder oder auch für Hunderte von mit Multiwellplatten aufgenommenen Bildern durchgeführt werden. ZEISS arivis Hub erweitert die 3D-Organoidanalyse auf die Betrachtung vieler verschiedener Organoide.

3D-Visualisierung der Ergebnisse aus einer Organoidanalyse. Die äußere Schicht des Organoids wird grün dargestellt, das darin befindliche Lumen dagegen magenta. Das Diagramm unten links zeigt das Volumen der ganzen Organoide und des Lumens für 9 (neun) verschiedene Organoide.

3D-Visualisierung eines Organoids (grün) und des Lumens (magenta) für die volumetrische Analyse, die in einem gestapelten Säulendiagramm dargestellt wird.

Quantifizierung des Organoidvolumens

Analyse des Volumens von Organoiden und ihres Lumens zur Quantifizierung des Wachstums und der Differenzierung

Die automatisierte Analyse des Wachstums und der Differenzierung von Organoiden ist wichtig für Toxizitätsbestimmungen, Arzneimittel-Screening/Drogentests und Qualitätskontrollprotokolle.

Mit dieser Lösung lässt sich das Volumen von Organoiden und ggf. ihres Lumens quantifizieren. Zuerst werden der Organoidbereich und der Lumenbereich mithilfe eines (in ZEISS arivis Cloud) trainierten Deep-Learning-Netzwerks segmentiert. Diese Segmentierung wird dann auf Z-Stapel-Bilder zahlreicher Organoide angewendet, die aus Multiwellplatten erfasst wurden.

Für jedes Organoid werden 3D-Objekte generiert, mit denen das Volumen des Organoids und des Lumens quantifiziert werden. Abschließend werden die Messungen als Tabellen und interaktive Plots dargestellt, mit denen die Ergebnisse mühelos nachvollzogen und interpretiert werden können.

Basierend auf dem Gesamtvolumen wurde das Organoidwachstum beurteilt. Basierend auf dem Verhältnis des Lumens pro Organoid wurde die Differenzierung jedes einzelnen Organoids beurteilt.

Screenshot aus einem Webinar zur Organoidanalyse. Oben links sehen Sie ein Mikroskopieschnittbild eines Organoids und dann rechts davon die Prognose eines KI-Modells, das auf dieses Bild angewendet wurde. Weiter rechts sehen Sie eine 3D-Visualisierung des gesamten Organoids und links ein gestapeltes Säulendiagramm mit dem Organoid- und Lumenvolumen einiger Organoide. Unter den Bildern sehen Sie den Titel des Webinars. Das Logo von ZEISS und das Foto der Sprecherin Dr. Sandra Lemke sind unten links abgebildet.

Beschleunigen Sie Ihre Forschung mit der Kraft der KI für die Organoidbildanalyse

Webinar-Aufzeichnung

In diesem Webinar erläutert unsere Expertin Dr. Sandra Lemke, wie Organoidbilder in 2D und 3D mit der Kraft der KI analysiert werden können, ganz ohne Programmierkenntnisse. Wir zeigen den Aufbau einer End-to-End-Pipeline, die für reproduzierbare Ergebnisse sorgt, damit Sie das Wachstum und die Differenzierung der Organoide besser überwachen können.

Weitere Anwendungen

3D-Vorschau der Analyseergebnisse, in der die einzelnen Zellen in der äußeren Schicht eines Organoids in verschiedenen Farben dargestellt werden.
16 September 2024

Bildanalysebeispiele für die Analyse des Organoidwachstums

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Bildanalysebeispiele für die Entwicklungsbiologie

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