缝匠肌的活细胞成像和分析

安东·范·列文虎克在1674年第一次观察活细胞有一个基本的显微镜。此后,进步在现代细胞成像技术来解决更大的空间和时间分辨率在细胞内,如更高的放大或高的帧速率图像捕获解决“快速”的生物。以较低的空间或时间,考虑技术进步似乎不必要的一些细节。然而,这将无法识别一些关键的未满足的用户需求:

1. 许多重要的生理变化发生在更长时间比现有成像解决方案启用。例如,成熟和分化的干细胞可以花费几个小时,天,周,这很难追踪使用现有的方法。
2. 成像技术也不是很容易到达所有的研究者由于复杂的软件,需要昂贵的仪器或权力的用户使用。
3. 当前解决方案的吞吐量通常太低前线在工业应用中使用。
4. 干扰细胞的过程中成像(如修复、环境控制的损失)可以引入不必要的和误导的实验工件。

满足这些需求,新一代的专业紧凑显微镜和live-cell成像设备已经出现。这些系统被设计用来将驻留在控制,稳定的环境的细胞孵化器,收集细胞图像(相衬,亮场和/或荧光)从试验自动微型板块,反复。图像采集非侵入性和non-perturbing细胞,打开捕获完整的机会,根据需要,长期时间进程的生物学。一张一张的图像来动态数据分析,提供实时洞察细胞行为。我们称这个范式,从直接分化live-cell成像通过大规模提供分析数据,为“实时live-cell分析。”

理想情况下从live-cell成像设备获得的图像将从产生的光子收集感兴趣的样品,和完美的焦点。然而,由于系统的畸变修正通常需要在一个成像系统源于多个来源,例如:

1. 探测器异常(例如,探测器偏见,暗电流变化,现场平面度和热或伽马射线噪声)
2. 光学问题(非光学组件和照明缺陷)或引入的干扰信号样本
3. 自发荧光的细胞组件或媒体,或非生物信号来源如阴影、或模式起源于样本矩阵或非均匀照明microwells由于半月板效应

执行这些修改,一个人必须意识到每个进程的影响。操作在原始图像必须是可重复的,以确保测量的真实捕捉生物在图像信号,实验和设备。系统执行这些修改必须提供一致性和易用性,尤其是加上标准化的化验,试剂和耗材规范化实验过程(例如,Incucyte^®Live-Cell分析系统,分析和试剂可以从缝匠肌)。

图像获取和处理强烈的一致性影响分析收集数据的能力。专用软件,仅提供必要的工具为一个特定的科学问题可以加速图像分析的可能是一个耗时的步骤工作流程。

而传统紧凑显微镜通常只有图像从一个微型板块或瓶,live-cell Incucyte等成像和分析设备^®自动并行捕获和分析从多个微型板块的图像,从而大大增加吞吐量(例如,Incucyte^®= 6 x 384孔板)。与Incucyte^®Live-Cell分析系统,一个独特的光路设计意味着细胞和细胞板保持静止在整个实验中,减少细胞附着和干扰,使成像和分析non-adherent细胞类型。

实时live-cell成像和分析已经应用于广泛的表型细胞化验,在两个和三维模型,包括:

• 细胞增殖
• 细胞死亡和细胞凋亡
• 免疫细胞死亡
• 迁移
• 趋化性
• 血管生成
• 神经突和产物
• 吞噬作用

的全部时间进程数据和“mini-movies”比端点化验分析提供更大的生物的见解。小说分析曲线下的面积等,发病时间信号或阈值和速度参数(dx / dt)有时高度值增加。瞬态效应的治疗可以被动态成像,否则可能会错过与端点读取。

由于其非侵入性的特性,从细胞可以测量不仅在分析本身也在细胞制备和“pre-assay”阶段。例如,细胞的形态和增殖率可以监控整个细胞培养时期和种子期后立即微型板块之前确定基线测量或观察治疗。细胞质量控制和分析板块以这种方式有助于提高分析性能和一致性,确保实验只进行健康,均匀地镀文化预期的细胞形态。

实时,live-cell成像和分析方法还提供了数据驱动决策的机会,而实验正在进行中。例如,药物冲刷的研究可能是使用实时数据来确定执行平衡反应发生时,触发的时机冲刷政权。如果由于任何原因从谈话中得知,这个实验不是按预期执行,那么治疗可以保留节省昂贵的试剂和后续实验可以更快地启动时间。

实时live-cell成像和分析是非常有用的在开发,验证和故障排除表型分析。用户可以获得一个清晰的理解分析信号和治疗之间的关系随着时间的推移,镀细胞密度、板涂料和其他协议参数。审查的动力学数据图像从每个帮助迅速查明来源的方差和验证生物学的兴趣。尤其是等更先进的电池系统培养的排列和组合的多协议参数存在(例如,镀细胞比率)和生物学比较复杂。

重新定义实时live-cell成像和分析细胞生物学的可能性和工作流。易用性、吞吐量、长期稳定性和非侵入式测量使研究人员监控和测量细胞行为的方式在规模和以前不可能的,或者至少,高度不切实际。

成像技术的不断发展,利用人工智能协助图像分析和利用patient-derived、复杂的细胞模型将继续导致科学洞察力和新颖的治疗方法的发展。我们已经走了很长的路从第一个记录的微生物与手绘图片,一段时间,我们可以实时捕捉时空的事件。

固定细胞已经被一个固定保存步骤,“锁”细胞。他们提供了一个静态快照到细胞功能。而细胞成分被破坏,更大的结构如蛋白质、细胞器和DNA是守恒的。固定过程中杀死细胞,使细胞外膜比活细胞渗透。因此,它变得更容易被目标内部细胞结构与染料和抗体。成像允许固定细胞亚细胞结构的高分辨率成像。

然而,固定(死)细胞不能提供动态的生物功能和见解并不代表生命系统。Live-cell成像出现在细胞是活的。如果成像随着时间的推移,实时动态数据可以收集和事件与端点可以错过,固定细胞捕获化验。

live-cell成像和分析的重要性在于能够解决空间(通过高分辨率)和时间(通过延时成像)在细胞的信息。Live-cell成像和分析提供了动态的见解健康、形态、运动和功能的细胞模型。live-cell成像和分析,我们可以实时监视的变化,这与典型的端点检测是不可能的,只提供一个快照到细胞功能。这是重要的应用,如immuno-oncology就可以看到抗癌药物靶向肿瘤细胞的实时有效性,或在细胞迁移实验,我们可以看到肿瘤细胞的迁移可能限制在抗癌药物的存在。

Live-cell成像和分析也提供了机会,使数据驱动的决策而实验正在进行中。研究员研究血管或神经网络的生物学,例如,可能希望先建立一个稳定的网络评估复合治疗或基因操作的影响(如siRNAs)。连续live-cell成像和分析,这是简单的暂时跟踪网络参数和使用实时数据来判断时最好发起的治疗方法。兼职的时间研究分析等代谢物或分泌蛋白在上层清液也可以引导。

Live-cell成像和分析研究时应该使用任何区域的细胞疗法。传统的端点检测只提供单一测量细胞活动。细胞在本质上是动态的,所以重要的是要有能力实时图像来获得更深层次的生物的见解。Live-cell成像和分析通常用于治疗领域如免疫学、肿瘤学,immuno-oncology和神经科学研究细胞健康和增殖,细胞运动和细胞形态和功能。

通常使用显微镜技术可视化图像。光学显微镜是一个标准的工具在大多数实验室和可以可视化结构~ 200 nm范围内。进步在现代高分辨率成像技术和荧光探针的合成,现在可以查看标记在10 - 50 nm范围内亚细胞结构。随着技术的进步增加了复杂性和成本;高分辨率显微镜通常需要大量的培训和访问通常是有限的。

高含量检测和分析系统是台式系统,结合荧光显微镜与分析软件可视化和分析实时蜂窝数据。这些系统通常不坐在组织培养孵化器等有限的环境稳定和长期研究。

多模读者微型板块下面的读者,可以检测两个或两个以上的:发光、荧光、时间分辨荧光和吸收。一个成像系统中的多模读者也可以形象井试验。这些系统缺乏适当的环境控制将影响长期研究。

Live-cell成像和分析系统的设计是为了实时捕获细胞事件发生时。研究人员通过分析一系列的数据点随着时间的推移,而不是一个单一的时间点,不提供他们的细胞正在做的事情的全貌。

Live-cell成像和分析系统安置在一个孵化器,比如Incucyte^®在天月,可以执行实时连续分析,同时保持一个稳定的细胞和最佳的环境。许多技术,如多模读者和高含量成像系统没有能力维持环境控制,这意味着细胞保持在生理状态下。

根据应用程序的需要,Incucyte^®也能够并行运行六微型板块,允许更多的吞吐量比一般显微镜和单一板读者。此外,Incucyte^®用户友好的设计。试剂已经优化为每个应用程序允许简单的试验准备和直观的软件,指导用户完成每一步。