活細(xì)胞成像在3D球體形成與篩選的應(yīng)用

• 前言

細(xì)胞培養(yǎng)在生理學(xué)、生物化學(xué)、疾病潛在機(jī)制以及藥物篩選中發(fā)揮著十分重要的作用。傳統(tǒng)二維（2D）細(xì)胞培養(yǎng)使細(xì)胞生長于聚酯或玻璃的表面，同時培養(yǎng)液能夠給細(xì)胞生長提供營養(yǎng)。然而2D細(xì)胞培養(yǎng)也存在許多局限性，不能模擬生理條件和組織微環(huán)境，如活組織的結(jié)構(gòu)、生理和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用。為了克服這些限制，科研人員目前正在開發(fā)新的體外三維（3D）細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。
 
3D細(xì)胞培養(yǎng)克服了傳統(tǒng)2D體外培養(yǎng)的限制，可以更好的模擬細(xì)胞-細(xì)胞相互作用、細(xì)胞-基質(zhì)相互作用以及細(xì)胞在復(fù)雜微環(huán)境中的行為。在3D環(huán)境下，細(xì)胞可以形成球體、類器官、組織樣等結(jié)構(gòu)，而3D球體更容易批量化生產(chǎn)和利用成像技術(shù)分析。  
二、3D球體的應(yīng)用領(lǐng)域
1.藥物篩選
2.醫(yī)學(xué)診斷
3.生物組織工程
4.腫瘤研究
5.微流體和高通量平臺
 
三、3D球體培養(yǎng)方法
3D球體的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，那么有哪些培養(yǎng)方法呢？
1.無支架培養(yǎng)方式
無支架培養(yǎng)方式依賴于自聚集專門培養(yǎng)板中的細(xì)胞，包括懸滴法、低吸附力球形培養(yǎng)板、磁懸浮法。
2.有支架培養(yǎng)方式
有支架培養(yǎng)方式依賴支架為細(xì)胞提供物理支持，細(xì)胞可以在支架中形成多種結(jié)構(gòu)。常見的支架包括天然水凝膠、合成水凝膠以及其他裝置。
3D球體已存在多種培養(yǎng)方法，但研究人員更關(guān)注3D球體形成與篩選過程。目前3D球體形成與篩選過程的監(jiān)測可用到光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡，此外，活細(xì)成像分析系統(tǒng)可以完美的用于3D球體形成與篩選過程。
 
四、Celloger^®產(chǎn)品介紹
Celloger^®系列儀器體積小巧，可以放置在多種細(xì)胞培養(yǎng)箱中，實現(xiàn)長期細(xì)胞成像。Celloger^®系列優(yōu)化了熒光濾光片和光路，可以以最小的光照強(qiáng)度實時獲得清晰的活細(xì)胞明場圖像和熒光圖像，極大降低細(xì)胞光毒性。Celloger^®系列產(chǎn)品包括Celloger Nano、Celloger Mini Plus、 Celloger Pro以及Celloger Stack，可根據(jù)自己的需求選擇需要的產(chǎn)品（圖2）。 五、Celloger^®產(chǎn)品應(yīng)用
1.為了證實Nocodazole對球體的抗癌作用，將細(xì)胞接種于圓底96孔板，形成細(xì)胞球，然后使用Celloger^® Mini Plus進(jìn)行觀察。
通過比較人乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231和人宮頸癌細(xì)胞系Hela這兩種細(xì)胞，我們發(fā)現(xiàn)盡管形成球體的細(xì)胞數(shù)量相同，但兩種細(xì)胞的球形面積卻大不相同。Hela細(xì)胞所占面積較小，但能有效形成球狀體，比MDA-MB-231聚集性更強(qiáng)(圖3 )。 如果能通過實時成像確定球形面積的變化，我們就能知道球體形成何時完成（面積不再變化時），并可以選擇聚集效率更高的細(xì)胞。MDA-MB-231和HeLa細(xì)胞每孔接種5000個，使用Celloger^® Mini Plus（4×物鏡）每15分鐘采集一次圖像，并通過Celloger^® Mini Plus的分析軟件估算球體覆蓋的面積。結(jié)果表明，HeLa細(xì)胞的聚集效率更高。  （A）細(xì)胞圖像以黃色顯示分析的細(xì)胞覆蓋面積
 （B）球體形成過程中細(xì)胞覆蓋率的變化（平均值，N=3）
2.使用抗癌藥物Nocodazole處理后通過Celloger^® Mini Plus在4×物鏡下延時成像得到球體面積的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無論藥物處理與否，球體大小持續(xù)增加直至18小時。未給予Nocodazole治療的球體大小在18小時后仍在增加，而給予Nocodazole治療的球體大小在18小時后逐漸降低（圖5）。
左下方圖像為Nocodazole處理18 h后的球體，紅色線條勾畫。右下方圖像為26小時后的球體，與18小時圖像相比縮小的區(qū)域被標(biāo)記為黃色。每30分鐘采集一次圖像。 3.使用不同的藥物作用細(xì)胞48小時后，檢測Hep3B和Huh7細(xì)胞的成球能力。將細(xì)胞按10³cells/孔的數(shù)量接種在低黏附24孔板上，然后做加藥或不加藥的處理。培養(yǎng)13天后，使用Celloger^® Mini Plus 捕捉球體圖像^[1]。  
六、結(jié)論
使用Celloger^®系列活細(xì)胞成像系統(tǒng)將為您的3D球體研究帶來便利，通過延時拍攝，可獲得3D球體的各個階段圖像，確保3D球體實驗的順利進(jìn)行。
 
后續(xù)我們將為您繼續(xù)介紹活細(xì)胞成像系統(tǒng)在不同研究下的應(yīng)用實例，敬請期待。
 
參考文獻(xiàn)
[1]Awasthi BP, Chaudhary P, Guragain D, Jee JG, Kim JA, Jeong BS. Synthesis and anti-hepatocellular carcinoma activity of aminopyridinol-sorafenib hybrids. J Enzyme Inhib Med Chem. 2021 Dec;36(1):1884-1897.