活細胞成像2012最新進展及產品

　　目前生物成像領域已經可以采用各種顯微技術和共聚焦等技術了，這提高了圖像的精確度，但是要觀察到深層組織活動并不容易，因此在一些活體成像，組織深部觀察等方面還需要更多的技術進步。2012年活體顯微技術，熒光顯微技術，以及活細胞成像方面都涌現出了不少重要的技術成果。

　　活體動物成像技術主要包括體內成像和體外成像兩個方面，其中體外熒光顯微技術一直以來都是現代生命科學研究的基礎之一：給熒光基團配上一個合適的配體，比如抗體或者量子點，然后將其與組織樣品或者細胞培養物一起溫育，最后加上光照，這樣標記的分子就能通過顯微鏡顯示出來。但是體外方法有一個“致命傷”――不能在天然環境下描繪生物過程，因此研究人員逐漸從體外觀測轉向對體內生物體過程的研究。

　　更高分辨率

　　但是隨著科學的進步，想要以足夠觀察到細胞行為和分子信號的分辨率，來分析活體生物依然是個難題，今年著名的華裔女科學家莊小威領導其研究組介紹了一項超分辨率細胞成像最新進展：超亮光敏熒光基團。

　　目前發展的超高分辨率熒光顯微鏡技術可以達到生物樣品成像10-100nm的分辨率，從而令研究人員觀察到亞細胞結構的具體細節。但是由于大部分蛋白分子只有幾納米，如果要直接解析細胞中這些分子的相互作用，還需要更高的分辨率。莊小威等人介紹了一種實驗方法，可以將熒光基團化學轉換成對熒光狀態光敏感的穩定暗態(dark state)，從而再次提高超高分辨率熒光顯微鏡技術的分辨率。

　　不透明物體成像

　　另外在活細胞成像中還存在一大阻礙就是要對對不透明物體高分辨率成像，今年來自荷蘭和意大利的研究人員突破了這一技術限制，利用一種新技術完成了散射光的成像。

　　他們掃描了一種能照亮不透明散射的激光束的一角，從而利用激光穿過散射介質時所產生的有斑點的強度圖案中的關聯性，通過計算機記錄熒光量，并根據不同角度的數據進行計算。

　　雖然熒光強度無法直接構成一張圖片，但是這樣能獲取這些加密情況下的信息。研究人員利用一種程序鑒別出這些加密信息是否足以構建圖像，并且由此找到了聚合足夠多信息的方法，這種方法是一種計算機程序，程序能在開始時猜測丟失的信息，然后進行測試，完善猜測。最終他們成功地獲得了一個50微米大小熒光物體的圖像――50微米正是一個典型細胞的大小。

　　CellASIC―還原體內自然的細胞生長環境

　　除此之外一些技術產品也能幫助研究人員實現活細胞成像，比如Amnis(現屬于默克密理博公司)的CellASIC? ONIX，應該說這種微流控細胞芯片技術觀察的并不是實際的活細胞狀態，而是一種模擬生物體內微環境的3D細胞培養情況，但是作為首款能實現細胞長期培養過程中實時形態監測的產品，CellASIC可以觀察細胞一些功能，分析一些基本表型，這將活細胞成像研究提升了到一個新的水平。

　　這一系統主要由三個方面結構組成：微流控培養板，管路控制板，以及倒置顯微鏡(如下圖)。

　　之所以這一系統能實現活細胞成像，還原天然細胞狀態，在于其能檢測細胞對預設的液流體系，溫度以及氣體環境變化的反應，由于不同的細胞類型對生長環境的要求不同，因此在細胞培養過程中需要實時監控。

　　細胞新陳代謝過程中，營養物質，氧氣是通過血管運輸至器官和組織，并透過血管內皮細胞層擴散到細胞中去的，同時細胞代謝產生的廢物也由血管運出，CellASIC ONIX系統在體外模擬這一過程，利用灌流管道運送培養基中的營養成分和氣體，通過管壁上的間隙擴散到細胞生長區域中，完成物質交換，并且由于這一系統精確的氣體和溫度環境控制，達到活細胞長期的健康培養。

　　目前這一系統已經用于多個方面，包括優化細胞培養條件，觀察宿主與病原體之間的相互作用，神經干細胞成像，細胞藥物反應監測等。比如觀察宿主與病原體之間的相互作用，CellASIC能為活細胞狀態下，宿主細胞與病原體相互作用提供一個長期穩定的成像觀測平臺，相關研究人員曾在結腸癌細胞HT-29經由工程菌株E.coli感染后，在M04S微流控板中進行了100倍鏡持續活細胞狀態的觀測。

　　360度成像

　　美國Bioscan公司的BioFLECT是一種360度光學成像儀器，也是首款360度光學成像儀器，這種設備從真正意義上實現了斷層成像，全方位監測光子，而且能在動物體內實現熒光三維定位，不會出現失真。

　　其原理在于匯集了來自360度的光子，并采用組織間光子傳遞模型的最新3D影像重建技術，從而能獲得目前最準確的光學定量結果之一。FLECT系統的雷射激發樣品中的熒光物質，使得熒光物質發射出不同波長的光，再經由檢測器接收此光子，然后機體旋轉改變位置，再一次重復這一過程，直到掃描完全方位及全長。

　　來自哥倫比亞大學的Alex Klose教授曾參與這一儀器的軟件設計，他表示，“如果我采用目前市面上的光學成像系統，那么就會出現成像只能從動物一側成像的問題”，“而這一儀器則能整體掃描整個動物，從而幫助我獲得光學成像重構的更多信息。”