3D無(wú)標(biāo)記斷層掃描技術(shù)探索巨噬細(xì)胞防疫功能及納米材料毒性

                                 ------Nanolive 3D cell Eexplorer

 

 

巨噬細(xì)胞在傷口愈合過(guò)程中起著重要作用，是一類在吞噬過(guò)程具有內(nèi)吞和消化外界物質(zhì)潛能的白細(xì)胞。在血液中，存在一些未分化的白細(xì)胞即單核細(xì)胞，單核細(xì)胞可以分化為其他的細(xì)胞如巨噬細(xì)胞或樹(shù)突狀細(xì)胞。

 

動(dòng)物或人在被病毒或其他有害微生物感染后，單核細(xì)胞將離開(kāi)血液并在其他細(xì)胞釋放的生長(zhǎng)因子作用下到達(dá)感染區(qū)域，這些單核細(xì)胞經(jīng)過(guò)一系列的變化，最終變?yōu)槌墒斓木奘杉?xì)胞，成為第一道防御系統(tǒng)，被稱作初始免疫系統(tǒng)，是非特異性免疫，也起適應(yīng)性免疫的作用。在適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，巨噬細(xì)胞會(huì)特異針對(duì)某些免疫原如致病微生物，將病原體消化并將抗原傳遞到T輔助細(xì)胞，抗原作為識(shí)別病原體的表面蛋白，幫助免疫系統(tǒng)識(shí)別感染。此抗原傳遞過(guò)程導(dǎo)致T輔助細(xì)胞刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，該過(guò)程可以幫助我們獲得免疫對(duì)抗感染過(guò)程中的整個(gè)光譜圖；當(dāng)巨噬細(xì)胞進(jìn)入免疫反應(yīng)時(shí)也幫助傷口愈合和肌肉再生，這也證明其在腫瘤的生長(zhǎng)及發(fā)展過(guò)程起作用 。

 

了解巨噬細(xì)胞在顆粒上的行為，可以給研究者提供有價(jià)值的信息如細(xì)胞在健康和疾病組織中是如何作用的，可以基于傷口愈傷組織去尋找治療潛伏性疾病如癌癥的處理方法。

 

同時(shí)對(duì)活細(xì)胞如巨噬細(xì)胞成像給研究者提供了一個(gè)有價(jià)值的透視，及其可能在臨床上的應(yīng)用。針對(duì)這些信息，研究者能更有目標(biāo)性的提升他們的研究，能夠更快的探索從研究到臨床的應(yīng)用。

 

3D Cell Explorer提供了獨(dú)特、簡(jiǎn)易的方法可發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞在各種情況下的相互作用，并且可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的研究，這樣能快速模擬了解細(xì)胞如何應(yīng)對(duì)不同環(huán)境，刺激及處理。

 

這款獨(dú)特新穎的 3D 顯微鏡，無(wú)需標(biāo)記，染色，或其他干擾即可探測(cè)細(xì)胞內(nèi)部；細(xì)胞被析出然后放在Nanolive 3D 顯微鏡上成像，無(wú)需樣本準(zhǔn)備的實(shí)時(shí)觀測(cè)，可即時(shí)獲取完整細(xì)胞的高分辨率影像，系統(tǒng)利用全息斷層掃描對(duì)比細(xì)胞不同成分的折射率，獲取無(wú)標(biāo)記的3D 圖像，通過(guò)STEVE軟件進(jìn)行數(shù)字染色，將基于不同折射率的不同特征區(qū)分開(kāi)。并且影像可輸入第三方3D 影像分析軟件做進(jìn)一步的詳細(xì)分析，可精確的觀察和記錄細(xì)胞的行為和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。

 

3D Cell Explorer 對(duì)活巨噬細(xì)胞功能研究獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

圖1. 培養(yǎng)在MatTek 30mm的培養(yǎng)皿中的RAW264.7巨噬細(xì)胞，使用Nanolive 3D Cell Explorer全息顯微鏡成像。細(xì)胞用LPS即細(xì)菌外殼蛋白刺激后成像。

注：[圖片與研究來(lái)自昆士蘭大學(xué)分子生物科學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)]

 

自1980年以來(lái)，納米技術(shù)已經(jīng)成為越來(lái)越重要的研究課題，隨著2000年亞微米研究資金增加，美國(guó)總統(tǒng)克林頓倡議建立了國(guó)家納米技術(shù)以協(xié)助納米技術(shù)研究。

 

研究人員和現(xiàn)在的商業(yè)組織也正在生產(chǎn)諸如食品添加劑，顏料，藥物和具有納米尺寸顆粒的化妝品的材料，但是這些材料對(duì)人類健康的影響還需要進(jìn)行更多研究。納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)正在快速向前發(fā)展，因納米顆粒存在各種潛在用途，包括生物傳感器以及靶向和受控的藥物遞送載體。

 

眾所周知，粒度在1nm至100nm范圍內(nèi)的材料具有與較大粒度材料相同的化學(xué)性質(zhì)，但與大粒度材料的性能不同。盡管這些材料的一些有益性能如電子，光學(xué)，強(qiáng)度等已被利用，但這些材料對(duì)人體健康的影響尚未得到很好的證明。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中使用這些納米顆粒是一個(gè)巨大的進(jìn)步，但這仍需進(jìn)一步研究以發(fā)現(xiàn)這些顆粒是如何與細(xì)胞和組織相互作用的，確認(rèn)身體是否需要經(jīng)受毒性考驗(yàn)。各種構(gòu)象特征（形狀，大小，表面性質(zhì)）對(duì)納米顆粒的毒性具有一定影響，并且可能因細(xì)胞和組織類型不同而發(fā)生變化。

 

因此，尋找簡(jiǎn)單和低成本效益的方法觀察納米顆粒與細(xì)胞材料的相互作用，對(duì)于醫(yī)學(xué)研究是非常有益的。Nanolive 3D Cell Explorer提供了一種獨(dú)特和簡(jiǎn)單的方法可以實(shí)時(shí)觀察活細(xì)胞和納米顆粒之間的相互作用。

 

3D Cell Explorer是一款獨(dú)特新穎的3D顯微鏡，整合全息及360度旋轉(zhuǎn)光源的斷層掃描技術(shù)，在無(wú)需標(biāo)記，染色或其他干擾作用下，用戶即可深入觀測(cè)活細(xì)胞內(nèi)部。同時(shí)幾乎不需要樣品制備，可對(duì)細(xì)胞實(shí)時(shí)成像，并即時(shí)獲取整個(gè)細(xì)胞的高分辨率圖，幫助您觀察和記錄細(xì)胞的行為和內(nèi)部的變化。并且Nanolive 3D Cell Explorer的斷層掃描全息成像方式，可測(cè)量細(xì)胞各組分的折射率，并將測(cè)量后的信息重構(gòu)成詳細(xì)的細(xì)胞3D圖像。并通過(guò)STEVE軟件基于折射率的差異對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字染色以區(qū)分不同的細(xì)胞區(qū)域。圖像也可以導(dǎo)出到第三方3D圖像分析軟件程序，進(jìn)行更詳細(xì)的分析。

•納米材料和生物材料具有明顯不同的折射率，使得它們易于分辨

•可以觀察到納米顆粒的同化和聚集

•可以監(jiān)測(cè)細(xì)胞行為，包括死亡

•非侵入式

•低功率照明

•快速獲取

•低光漂白效應(yīng)

•量化4D數(shù)據(jù)

•可以實(shí)時(shí)捕獲圖像

 

圖2. 肝納米毒性研究：監(jiān)測(cè)肝細(xì)胞攝取納米金剛石顆粒（細(xì)胞內(nèi)部的黑點(diǎn)）。本研究收集的圖像顯示這些特定的納米顆粒如何在肝細(xì)胞內(nèi)被吸收和積累。一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)納米顆粒是有毒的，其導(dǎo)致肝細(xì)胞的最終凋亡及死亡。

備注：圖片由藥廠的Dr. Wojtek Chrzanowski和悉尼大學(xué)的澳大利亞納米科學(xué)技術(shù)研究所的團(tuán)隊(duì)提供。