在生物成像:细胞图像值多少个字?

著名的短语“一张图片胜过一千字”背叛了我们给多少重要的视觉信息在我们寻求理解和欣赏我们的世界。科学家开始“看到”生物学很久以前,从宏观结构的观察他们的构建块,即细胞。

就像物理学家继续发现其他基本粒子组成,细胞并不是最终的组织。然而,细胞构成的一个重要组织单元协调至关重要的生物过程,并观察他们教会了我们很多。1658年红细胞通过显微镜观察¹,不久之后,罗伯特胡克创造了“细胞”这个词来表示的无数毛孔的软木塞²。

显微镜已成为生物学家的工具不可或缺的伴侣,一直不断完善达到越来越高分辨率。这无疑推动进步在理解疾病;显微镜是如此宝贵的研究,现在慢慢纳入药物发现进程。

这种转变并不容易,因为成像一直受到学术界的需求和方式。因此,细胞图像值得吗?

一个可量化的艺术

看到的图像细胞一直吸引着科学家和大众群体,因为它揭示了生物学的美丽和有意义的概念属于很难概念化的微观世界。

共焦图像的柔和的海马神经元的“大脑彩虹”老鼠大脑,每个神经元表达了截然不同的颜色。信用:2007年Jean Livet奥林巴斯BioScapes数码影像竞争,杰夫•里奇曼实验室剑桥哈佛大学硕士,美国。

荧光显微镜的出现,细胞成像已经真正成为一门艺术:我们现在可以标签特定细胞或部分细胞有不同的染料,并使他们在3 d得益于先进的3 d成像。

然而,这些图片不仅美观:他们是令人难以置信的丰富的信息。伦敦大学学院Moeendarbary博士,讲师指出:

“可视化物理对象始终是最好的方式来理解他们。”

有无数有趣的特性提取的图像,其中许多可以量化使用高度特定的荧光标记。首先,他说,细胞成像”可以让我们简单的细胞如何看起来像在第一个实例中,我们可以发现他们的形状和功能之间的联系。”

在其他指标,它可以直观地量化,Pedrigi博士,内布拉斯加州大学的助理教授,将“细胞形态、增殖、迁移和——/下调的基因和蛋白质作为响应实验条件;相关,细胞内的过程也可以量化作为细胞内的空间位置的函数”。

最后,成像还可以揭示出超越视觉、Pedrigi博士解释说:

”有许多技术研究细胞的力学行为,其中大部分要求成像可视化应用负载细胞变形;例如,磁珠血细胞计数,光学镊子,原子力显微镜。“Pedrigi博士指出,调查机械力是很重要的,因为“研究表明,改变细胞的力学行为和属性可以与不正常的表型相关”。

监视细胞

那么,什么是真正的附加值成像细胞?毕竟,还有许多其他的测试非常丰富,如ELISA、PCR和西方的印迹。

显然,与生化测试不同,成像独特提供关键表型信息(尽管最近进步荧光激活细胞分类,流式细胞仪,结合细胞成像³)。

东西可能是不太明显的是,从标准的生化检测,一般读细节缺失,成像提供了一个关键的方面:地形信息。

在某些生化指标、内容汇集从整个化验分析,这意味着我们不能知道哪些子总体中细胞负责检测信号。相反,我们平均结果在整个人口的细胞,可以高度异构,从而在细胞缺失的重要差异⁴。有趣的是,激光显微解剖允许我们选择特定细胞内下游的化验分析,但在固定的组织⁵。另一方面,虽然其他化验,如流式细胞仪做使单细胞分析,他们仍然不允许科学家们将结果返回给细胞试验的原始位置。这是由于这样的事实,细胞必须被分离从原始化验流过仪表作为单个细胞。

相比之下,细胞成像使单个细胞的研究,还可以关联位置的测定结果。换句话说,我们可以监视细胞,可视化物理与其他细胞的相互作用,研究微环境的影响他们的行为。这是至关重要的,因为现在有越来越多的证据表明,大量细胞与微环境稳态和癌症等疾病^6、7。更重要的是,我们现在知道,微环境可以影响细胞对药物的反应⁸。


t细胞的趋化迁移live-cell成像。信贷:Explicyte Immuno-Oncology。

(生活)细胞成像的另一个重要优点是它允许动态细胞过程的研究,而不是本质上的其他标准测试执行在一个给定的和最终的计算测量。这唯一能告诉科学家等关键流程迁移,这是一个标志性的疾病,如癌症,并可能是药物的目标。

我们能放开吗?

细胞成像是非常强大的,但是它有一些局限性。Moeendarbary博士说,“这是非常简单的图像细胞在固定的时间点,然而活细胞成像可以更加复杂。”

在其他并发症,很容易产生机械和热漂移与实时成像可以毁掉整个实验。在平行,Moeendarbary博士还指出,“内部细胞结构的高分辨率成像需要更先进的显微镜无法接近,昂贵的。”

一个更内在的限制在体外细胞成像在于它的生理意义。然而,这是逐步改善日益复杂organs-on-chips等化验。另一方面,在活的有机体内成像是可行的和令人难以置信的强大⁹但往往需要更复杂的设备、人员和资金。

更普遍的是,细胞成像需要人才和可能非常耗时,因为收购速率和吞吐量相当低比其他生化指标³。它也可以吹毛求疵的,特别是实验室走向成像复杂3 d细胞化验。

此外,染色和成像活细胞可以有有毒副作用。另一个问题存在与图像分析、技术挑战性。正在努力克服这些局限性,与公司发展自动成像平台以及更高的吞吐量成像分析软件。

Pedrigi博士说,“有很多方面的细胞成像,包括常规和基本任务,可以自动为生物研究人员节省时间。”

尽管努力自动化成像,不能忘记,科学家们喜欢看他们的细胞,直接对正在发生的事情;很难完全放弃这个任务。

但Pedrigi博士指出,“如果显示的自动执行的任务可以执行精确的手动完成,很有可能,他们将通过许多研究社区内。”

换句话说,科学家将需要相信工具可以执行正确成像,因为他们知道如何吹毛求疵的可以和他们的协议是独特的。

血红细胞的扫描电子显微照片清楚地显示他们两面凹的圆盘的形状。信贷:安妮Cavanagh Wellcome图像。

结论

细胞成像已经成为自己的一个吸引人的领域,产生太多的热情和洞察力(字面意思)的财富新生物过程。

然而,这些成像仍然属于学术研究,可以依靠耗时和吹毛求疵的成像协议。

更多的努力需要关注适应协议对高吞吐量和健壮的工作流设计更有效的药物。

必须注意避免创建工具,完全自动化的过程或旁通用户:科学家像看到细胞。这一切能够和应该完成,成像药物设计必然会增加巨大的价值,尤其是对于最近发现细胞微环境对治疗的影响。

换句话说,我们现在需要设计药物也是细胞的直接环境的函数,可以通过成像独特的研究和测试细胞内复杂在体外化验。

因此,细胞图像真的值得多少个字?

细胞图像已经证明了他们的价值数千如果不是很多。随着高吞吐量成像,这个数字将会成倍增长。但是质量不是数量:相反,我们需要更好地从图像中提取相关数据在一个更高的吞吐量,更重要的是,我们需要改善工作流程,可以促进成像,并将它与其他生化指标结合起来。

引用:

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2。瑞安,J。Gerhold, a。R。Boudreau, V。,史密斯,l . & Maddox, p . s .介绍现代方法在光学显微镜。摩尔。生物方法。1563年1 - 15,(2017)。

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