活细胞成像2012最新进展及产品

　　

生物通报道：目前生物成像领域已经可以采用各种显微技术和共聚焦等技术了，这提高了图像的精确度，但是要观察到深层组织活动并不容易，因此在一些活体成像，组织深部观察等方面还需要更多的技术进步。2012年活体显微技术，荧光显微技术，以及活细胞成像方面都涌现出了不少重要的技术成果。

活体动物成像技术主要包括体内成像和体外成像两个方面，其中体外荧光显微技术一直以来都是现代生命科学研究的基础之一：给荧光基团配上一个合适的配体，比如抗体或者量子点，然后将其与组织样品或者细胞培养物一起温育，最后加上光照，这样标记的分子就能通过显微镜显示出来。但是体外方法有一个“致命伤”——不能在天然环境下描绘生物过程，因此研究人员逐渐从体外观测转向对体内生物体过程的研究。

更高分辨率

但是随着科学的进步，想要以足够观察到细胞行为和分子信号的分辨率，来分析活体生物依然是个难题，今年著名的华裔女科学家庄小威领导其研究组介绍了一项超分辨率细胞成像最新进展：超亮光敏荧光基团。

目前发展的超高分辨率荧光显微镜技术可以达到生物样品成像10-100nm的分辨率，从而令研究人员观察到亚细胞结构的具体细节。但是由于大部分蛋白分子只有几纳米，如果要直接解析细胞中这些分子的相互作用，还需要更高的分辨率。庄小威等人介绍了一种实验方法，可以将荧光基团化学转换成对荧光状态光敏感的稳定暗态（dark state），从而再次提高超高分辨率荧光显微镜技术的分辨率。

不透明物体成像

另外在活细胞成像中还存在一大阻碍就是要对对不透明物体高分辨率成像，今年来自荷兰和意大利的研究人员突破了这一技术限制，利用一种新技术完成了散射光的成像。

他们扫描了一种能照亮不透明散射的激光束的一角，从而利用激光穿过散射介质时所产生的有斑点的强度图案中的关联性，通过计算机记录荧光量，并根据不同角度的数据进行计算。

虽然荧光强度无法直接构成一张图片，但是这样能获取这些加密情况下的信息。研究人员利用一种程序鉴别出这些加密信息是否足以构建图像，并且由此找到了聚合足够多信息的方法，这种方法是一种计算机程序，程序能在开始时猜测丢失的信息，然后进行测试，完善猜测。最终他们成功地获得了一个50微米大小荧光物体的图像——50微米正是一个典型细胞的大小。

CellASIC—还原体内自然的细胞生长环境

除此之外一些技术产品也能帮助研究人员实现活细胞成像，比如Amnis（现属于默克密理博公司）的CellASIC™ ONIX，应该说这种微流控细胞芯片技术观察的并不是实际的活细胞状态，而是一种模拟生物体内微环境的3D细胞培养情况，但是作为首款能实现细胞长期培养过程中实时形态监测的产品，CellASIC可以观察细胞一些功能，分析一些基本表型，这将活细胞成像研究提升了到一个新的水平。

这一系统主要由三个方面结构组成：微流控培养板，管路控制板，以及倒置显微镜（如下图）。

之所以这一系统能实现活细胞成像，还原天然细胞状态，在于其能检测细胞对预设的液流体系，温度以及气体环境变化的反应，由于不同的细胞类型对生长环境的要求不同，因此在细胞培养过程中需要实时监控。

细胞新陈代谢过程中，营养物质，氧气是通过血管运输至器官和组织，并透过血管内皮细胞层扩散到细胞中去的，同时细胞代谢产生的废物也由血管运出，CellASIC ONIX系统在体外模拟这一过程，利用灌流管道运送培养基中的营养成分和气体，通过管壁上的间隙扩散到细胞生长区域中，完成物质交换，并且由于这一系统精确的气体和温度环境控制，达到活细胞长期的健康培养。

目前这一系统已经用于多个方面，包括优化细胞培养条件，观察宿主与病原体之间的相互作用，神经干细胞成像，细胞药物反应监测等。比如观察宿主与病原体之间的相互作用，CellASIC能为活细胞状态下，宿主细胞与病原体相互作用提供一个长期稳定的成像观测平台，相关研究人员曾在结肠癌细胞HT-29经由工程菌株E.coli感染后，在M04S微流控板中进行了100倍镜持续活细胞状态的观测。

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360度成像

美国Bioscan公司的BioFLECT是一种360度光学成像仪器，也是首款360度光学成像仪器，这种设备从真正意义上实现了断层成像，全方位监测光子，而且能在动物体内实现荧光三维定位，不会出现失真。

其原理在于汇集了来自360度的光子，并采用组织间光子传递模型的最新3D影像重建技术，从而能获得目前最准确的光学定量结果之一。FLECT系统的雷射激发样品中的荧光物质，使得荧光物质发射出不同波长的光，再经由检测器接收此光子，然后机体旋转改变位置，再一次重复这一过程，直到扫描完全方位及全长。

来自哥伦比亚大学的Alex Klose教授曾参与这一仪器的软件设计，他表示，“如果我采用目前市面上的光学成像系统，那么就会出现成像只能从动物一侧成像的问题”，“而这一仪器则能整体扫描整个动物，从而帮助我获得光学成像重构的更多信息。”

（生物通：张迪）