细胞成像

• 什么是活细胞成像？ 活细胞成像(live cell imaging)统称为捕捉活的、活动状态的细胞图像的技术，这些细胞图像可以是单个静态图像，也可以是延时系列图像。相应地，活细胞成像的应用可以分为两大类：❶ 细胞在自然状态下的图像记录。❷ 实时观察和记录细胞、组织或整个生物体的动态过程。• 观察分析活细胞时面临的挑战 ▷ 在相对较短的时间内采集大量信息。▷ 要保持细胞保存在可调节培养环境气体浓度和温度（在很多情况下）的培养室中。▷ 激发光源会损害活细胞。▷ 细胞焦面漂移，无法聚焦。▷ 需要使用配备有软件或硬件控制自动对焦的成像仪器来避免这种情况。Revolution全自动显微镜成像系统Revolution全自动显微镜成像系统部件高度集成内置，节省空间，避免繁琐调试及维护；触屏式操控观察工作站，界面直观简洁，易于学习，方便使用。Revolution全自动显微镜成像系统的光源采用高能LED光源，自动荧光切换把光毒降到最低。▌智能化全自动多功能系统：▶ TimeLapse延时摄影：可以根据设定在特定时间内完成特定间隔时间和特定的拍照张数。▶ 独有的Hyperscan快速成像：30帧高速成像，可以在几秒钟内完成上百张照片的采集。▶ Multi-well Point孔板导航成像：不限定孔位大小，只需输入参数就可以自动完成多孔或单孔采集。▶ Focus Map自定义多点聚焦：可以自动完成不同层面的自动聚焦。▶ Z-Stacking多层扫描大景深成像：完成多层面大景深成像。▶ DHR智能实时数字化降噪：实时完成反卷积计算，得到清晰图像。▌ECHO INCUBATOR为活细胞观察提供一个稳定而灵活的培养环境ECHO INCUBATOR采用紧凑的一体式设计，方便用户快速安装和拆卸。箱体结构透明和大型前置开门设计，可为用户提供清晰的观察视野并方便操作样本。采用无风扇对流加热和循环热空气方案，在消除振动的同时并可防止外部灰尘进入您的样品和仪器光学元件。提供稳定的细胞生长环境，确保适合的细胞培养条件，使细胞处于最佳生长状态。

20世纪60年代，自骨髓移植成功治疗造血系统疾病以来，人们对干细胞治疗的研究产生了极大的兴趣。干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官。干细胞治疗是把健康的干细胞移植到病人体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。 在刚刚结束的&ldquo 2011细胞治疗技术研讨会&rdquo 上， GE医疗的全球研发总监Dr. Stephen Minger做了题为《Therapeutic and Research Potential of Human Stem Cells》的演讲，分享了他对人类干细胞研究与临床应用潜力的看法。 Dr. Stephen Minger 演讲现场 干细胞疗法就像给机体注入新的活力，相比于常规方法，具有很多突出优势。目前很多细胞退行性疾病的发病机理幵不明确，如心脑血管疾病、糖尿病、肝硬化、肢体缺血性疾病等，由于干细胞具有"修复再生"的生物学特性，干细胞治疗有可能成为此类疾病的终结者。无论是自体干细胞移植还是异体干细胞移植，由于所采用的干细胞免疫原性非常低，几乎不引起排异反应，因此，干细胞治疗高效安全、无毒副作用，同时，干细胞治疗可以很好的与基因治疗相结合，还是基因治疗的良好载体。成体干细胞取自成人自体或胎盘和脐带血，因此来源十分广泛，不用担心治病"原材料"短缺的问题。 干细胞技术是当今生命科学的聚焦点，被誉为二十一世纪生物和医学技术领域可能取得革命性突破的项目，有望启动具有划时代影响的一场"医学革命"，将会为社会带来巨大的社会效益。 干细胞研究和临床应用需要严格的监测细胞的属性，以确定该细胞是否保留其多能性，处于分化阶段，这对于确认干细胞性质非常重要。此外，也需要有适当的分析方法用于测试和优化干细胞的培养和分化条件。这些方法通常包括使用流式细胞仪分析生物标志物的表达，以及用RT - PCR迚行基因表达的研究。然而当前，高内涵分析技术较上述技术体现了更多的研究优势，帮助研究者更好地定量研究干细胞的多能性与分化作用，实现科研与临床的转化。 通用电气医疗集团（GE Healthcare）推出了IN Cell系列最新一代高端产品IN Cell Analyzer 6000 激光共聚焦高内涵细胞成像分析系统，它将高质量激光光源和高内涵细胞成像分析相结合的系统，使高速度和高质量细胞图像获取和分析达到统一，为客户提供了快速而精准的细胞技术分析平台。它可以满足要求更高的高内涵分析和筛选。拥有专利技术的光学系统采用了全新的设计理念：IN Cell Analyzer 6000的共聚焦光阑是可变的，类似于眼球虹膜控制瞳孔的大小；感光成像采用了新一代科研级sCMOS技术。针对不同要求和难度的实验，IN Cell Anaylzer 6000提供成像速度和图像质量最优组合。 与此同时，GE还推出了以金属卤素为荧光光源的IN Cell Analyzer 2000全自动荧光显微镜型细胞高内涵成像分析系统。该系统非常灵活，使用广泛，可以为您实现一些以前无法完成的实验设想。可实现从显微观察到自动化筛选，以及细胞器、细胞、组织和整个生物体的成像。IN Cell Analyzer 2000有着硬件和软件的独特组合，能够非常快速地获取图像，是筛选的理想选择。该仪器是利用六西格玛原理来设计的，结构坚固，能确保它在多用户环境中高通量应用的可靠性。

近日，美国爱荷华州立大学的研究人员，用高空间分辨率基质辅助激光解吸电离（MALDI）- 质谱成像（MSI）来绘制和可视化了新受精的斑马鱼胚胎单细胞中磷脂类——磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）以及磷脂酰肌醇（PI）的三维空间分布。这是MALDI-MSI首次应用于单个细胞的三维化学成像。相关研究成果已经发表在Scientific Reports上。斑马鱼（Danio rerio）原产于东南亚，是一种小型热带观赏鱼。由于体外受精和光学透明，受精斑马鱼胚胎可在发育的所有阶段进行观察和操作。此外，斑马鱼很容易获得，价格低廉，健壮，易于护理，并且每周可以产下数百个卵。这些独特的遗传特点与实验胚胎优势相结合，使得斑马鱼成为研究早期发育的理想选择。斑马鱼已被广泛用作脊椎动物系统模型，用于研究脂质代谢、脂质在疾病中的作用以及胚胎发育中的脂质动力学。最近，Fraher等人使用LC-MS法进行脂质组学研究，结果显示胆固醇、磷脂酰胆碱（PC）和甘油三酯是斑马鱼胚胎中最丰富的脂质。他们证明，在调动到胚胎体之前，脂质在蛋黄内被加工。电喷雾电离质谱（DESI-MS）也被用于直接的MS分析和单个斑马鱼胚胎中脂质的成像、跨胚胎发育（受精后0,24,48,72和96小时）。研究人员对斑马鱼中的代谢组学和脂质组学研究非常感兴趣，因为这些化合物具有关键的生物学功能，例如作为能量储存源、参与细胞信号传导、并作为细胞膜的必要成分。探索如何调节代谢物和脂质是理解生物系统中发生的生物途径和发育过程的关键。传统分析方法研究小代谢物和脂质需要大量的样品制备、费力的提取、衍生化以及先期对目标化合物的了解。由于样品制备方案和仪器的发展，质谱成像（MSI）已成为这些研究中广泛使用的分析工具。MSI可实现生物分子空间分布的二维可视化，而无需提取、纯化、分离或标记分析物。此外，单个MSI实验可以同时检测许多不同类别的化合物，包括未知物，这使得其可以高分辨率和高通量方式直接对生物分子进行细胞或亚细胞作图。由于生物学在三维生物体中发生，3D成像对生命科学中的许多挑战产生了值得注意的影响并不奇怪。最近，使用质谱成像对完整生物分子进行成像已扩展到3D分析，以确定组织样本、琼脂平板和3D细胞培养物中的体积分子分布。使用质谱法最常见的3D成像方法包括收集样品的连续部分，使用传统的二维质谱成像分别分析每个部分，然后使用计算方法从多个二维集合堆叠和重建最终的3D成像MS数据集等步骤。美国爱荷华州立大学的研究小组（以下简称“研究小组”）开发了高空间分辨率的基质辅助激光解吸电离（MALDI）-MSI，分辨率低至5μm，并将其用于植物代谢物的细胞或亚细胞水平成像。在这里，研究小组利用这种高空间分辨率呈现了新受精的个体斑马鱼胚胎的3D MALDI-MSI。这是用MALDI获得的单个细胞的3D MSI的首次演示，揭示了各种脂质化合物的亚细胞水平定位。（a）受精斑马鱼胚胎在单细胞阶段的奇数编号光学图像。 （b）PE（22：6-16：0）在m / z 762.509和（c）PI（18：0-20：5）在m / z 883.535处的假彩色二维MALDI-MS图像。 通过覆盖所有2D图像，右侧显示投影图像。 所有物种均被检测为去质子化的[M-H] - 。在此分析中，研究小组通过获取62个连续横截面组织切片交替的正离子和负离子模式的MS成像数据，对单个斑马鱼受精卵进行3D MALDI-MSI。这可以对单个细胞中全面的脂质种类进行3D可视化。研究结果显示，所有三种磷脂类都存在于胚盘内的对称分布，以及蛋黄的边界，但每种都显示出不同的区域；PE显示在胚盘中心高度丰富的异质亚细胞区域，除了胚盘外，PC分子种类存在于蛋黄内部，而蛋黄中的PE和PI种类大多不存在。另外，还比较了四种不同的归一化方法以确定当将2D MSI与3D体积重建进行比较时，这些方法中的哪一种可以提供更具代表性的结果。此外，在不同细胞阶段（1-，2-，4-，8-和16-细胞阶段）获得胚胎的全扫描MSI和MS / MS，以研究斑马鱼成长早期阶段磷脂分布的变化。TOF-SIMS已报道被用于单个细胞的3D MSI，特别是结合深度剖析作为实现z方向信息的方式。然而，由于显著的碎裂，可以通过TOF-SIMS分析的高质量化合物主要限于外源性药物化合物。该研究小组所述的研究工作首次证明高分辨率MALDI-MSI可应用于单个细胞的三维化学成像，他们未来的研究将集中在揭示胚胎发育的细节，具有更高的空间分辨率和小代谢物的可视化，以及荧光显微镜的多模态成像等。在MALDI质谱成像方面，融智生物于2017年推出QuanTOF质谱成像系统，该系统集合了新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF，拥有5,000-10,000Hz长寿命半导体激光器，自主开发的数据采集软件。2018年7月，融智生物宣布实现可达500像素/秒的成像速率，提升MALDI-TOF MS成像速率达10倍以上，普通样本成像只需几十分钟，使得质谱成像实现了“立等可取”。 经过进一步的研发，目前QuanTOF质谱成像系统已经实现高达1000像素/秒的成像速率，5-10微米的高空间分辨率，且仍然保持了极高的灵敏度，使得质谱成像真正可使用于临床病理分析、术中分析等应用。