高內(nèi)涵成像分析技術(shù)在腫瘤學(xué)研究中的應(yīng)用綜述
惡性腫瘤作為全球較大的公共衛(wèi)生問題之一，極大地危害人類的健康，并將成為新世紀(jì)人類的第一殺手。深入研究腫瘤學(xué)的發(fā)病機(jī)制，進(jìn)一步尋找有效、低毒、的新型抗腫瘤藥物已是各大科研機(jī)構(gòu)及藥物研發(fā)企業(yè)的一項首要任務(wù)。
為滿足生命科學(xué)及藥物研發(fā)的快速發(fā)展，高內(nèi)涵成像分析技術(shù)作為一項新技術(shù)平臺，在保證自動化、高效率和高通量的前提下，結(jié)合日趨成熟的顯微成像技術(shù)，以自動快速捕獲包括小型模式動物、細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的各種生物學(xué)現(xiàn)象，并結(jié)合專門的圖像分析系統(tǒng)和生物信息學(xué)軟件，提供全自動、高通量的圖像獲取及分析完全解決方案。高內(nèi)涵成像分析技術(shù)為腫瘤學(xué)的研究及抗腫瘤藥物的研發(fā)，提供了一個全新的、集高分辨率、智能化、自動化、海量數(shù)據(jù)為一體的高通量篩選評價平臺[表1]。
表1 高內(nèi)涵成像成像分析系統(tǒng)在腫瘤細(xì)胞研究中的應(yīng)用
與傳統(tǒng)Plate Reader讀板機(jī)相比，高內(nèi)涵成像系統(tǒng)可通過透射光/相差成像的方式，檢測腫瘤細(xì)胞增殖、毒性、克隆/集落形成，并可在無標(biāo)記、完整細(xì)胞狀態(tài)下提供多參數(shù)、實時的數(shù)據(jù)。
圖 1 對無標(biāo)記細(xì)胞通過投射光相差成像( 左)，并通過軟件對其進(jìn)行定量分析（右）
在腫瘤學(xué)研究及治療過程中，監(jiān)控細(xì)胞周期及凋亡的狀態(tài)是一個非常重要的指標(biāo)。 與傳統(tǒng)的檢測方法相比，如流式細(xì)胞FACS，全自動高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)可對原位（無需消化懸浮處理）細(xì)胞進(jìn)行全自動成像，并完成單個細(xì)胞水平的多參數(shù)分析。且比流式細(xì)胞儀提供了更適合高通量篩選的原位（無需消化處理細(xì)胞）細(xì)胞分析平臺[Ref 1]。
高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)對腫瘤細(xì)胞的黏附能力、遷移能力、侵襲能力及浸潤性等檢測指標(biāo)的檢測，也提供了更智能化的解決方案，如通過3D細(xì)胞培養(yǎng)，檢測腫瘤細(xì)胞在XYZ三個維度的遷移能力[圖2]。
圖2. 使用ImageXpress Micro高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)，對不同濃度處理條件下細(xì)胞松弛素（Cytochalasin D）對3D培養(yǎng)的HT-1080細(xì)胞遷移能力的影響。
通過抑制腫瘤新生血管生成，從而持續(xù)抑制腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移，已經(jīng)成為腫瘤學(xué)領(lǐng)域中的一個嶄新的方向。血管生長分析是一種基于圖像形態(tài)學(xué)的分析，MetaXpress軟件針對血管生長開發(fā)有獨特的血管生成分析模塊（Angiogenesis），可對血管的特殊形態(tài)進(jìn)行定量分析[圖3左]�？紤]到血管生成過程中，樣品面不平或血管本身會垂直生長，MetaXpress軟件可控制硬件系統(tǒng)采用Z軸多層成像的方式，獲得三維的血管生長的完整信息[圖3右]。
圖 3. MeXpress軟件血管生成模塊分析（左），Z軸多層成像及圖像處理（右）
ImageXPress高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)集成了光學(xué)顯微高分辨率成像（1-100x物鏡）、自動化及智能化軟件，對于需要整體或高分辨成像的篩選模型，如亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)位/共定位實驗、信號通路研究、活細(xì)胞實時觀察、細(xì)胞異質(zhì)性研究及切片等[圖4]。
圖4. ImageXpress 5000高內(nèi)涵分析系統(tǒng)用于評價TNFa誘導(dǎo)的NF-kB轉(zhuǎn)位情況
[ref: Mol Pharmacol 74:654–661, 2008, Andrea L. Kasinski, Yuhong Du, Haian Fu, et. al.]
圖4.ImageXpress Micro高內(nèi)涵分析系統(tǒng)用于腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性研究
[ref: Nature2009. 461(7263): p. 520-3. Snijder, B., et al.]
高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)為腫瘤學(xué)的研究提供了一個全新的、自動化、高質(zhì)量的檢測分析平臺。Molecular Diveces公司研發(fā)的ImageXpress高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)提供了從自動化圖像獲取、自能化圖像分析及海量數(shù)據(jù)挖掘為一體的高內(nèi)涵系統(tǒng)完全解決方案，以滿足各種研究領(lǐng)域及研究方向的日益增長的研發(fā)需求。
