活细胞成像在3D球体形成与筛选的应用

• 前言

细胞培养在生理学、生物化学、疾病潜在机制以及药物筛选中发挥着十分重要的作用。传统二维（2D）细胞培养使细胞生长于聚酯或玻璃的表面，同时培养液能够给细胞生长提供营养。然而2D细胞培养也存在许多局限性，不能模拟生理条件和组织微环境，如活组织的结构、生理和细胞-基质相互作用。为了克服这些限制，科研人员目前正在开发新的体外三维（3D）细胞培养系统。
 
3D细胞培养克服了传统2D体外培养的限制，可以更好的模拟细胞-细胞相互作用、细胞-基质相互作用以及细胞在复杂微环境中的行为。在3D环境下，细胞可以形成球体、类器官、组织样等结构，而3D球体更容易批量化生产和利用成像技术分析。  
二、3D球体的应用领域
1.药物筛选
2.医学诊断
3.生物组织工程
4.肿瘤研究
5.微流体和高通量平台
 
三、3D球体培养方法
3D球体的应用领域十分广泛，那么有哪些培养方法呢？
1.无支架培养方式
无支架培养方式依赖于自聚集专门培养板中的细胞，包括悬滴法、低吸附力球形培养板、磁悬浮法。
2.有支架培养方式
有支架培养方式依赖支架为细胞提供物理支持，细胞可以在支架中形成多种结构。常见的支架包括天然水凝胶、合成水凝胶以及其他装置。
3D球体已存在多种培养方法，但研究人员更关注3D球体形成与筛选过程。目前3D球体形成与筛选过程的监测可用到光学显微镜、电子显微镜、激光共聚焦显微镜，此外，活细成像分析系统可以完美的用于3D球体形成与筛选过程。
 
四、Celloger^®产品介绍
Celloger^®系列仪器体积小巧，可以放置在多种细胞培养箱中，实现长期细胞成像。Celloger^®系列优化了荧光滤光片和光路，可以以最小的光照强度实时获得清晰的活细胞明场图像和荧光图像，极大降低细胞光毒性。Celloger^®系列产品包括Celloger Nano、Celloger Mini Plus、 Celloger Pro以及Celloger Stack，可根据自己的需求选择需要的产品（图2）。 五、Celloger^®产品应用
1.为了证实Nocodazole对球体的抗癌作用，将细胞接种于圆底96孔板，形成细胞球，然后使用Celloger^® Mini Plus进行观察。
通过比较人乳腺癌细胞系MDA-MB-231和人宫颈癌细胞系Hela这两种细胞，我们发现尽管形成球体的细胞数量相同，但两种细胞的球形面积却大不相同。Hela细胞所占面积较小，但能有效形成球状体，比MDA-MB-231聚集性更强(图3 )。 如果能通过实时成像确定球形面积的变化，我们就能知道球体形成何时完成（面积不再变化时），并可以选择聚集效率更高的细胞。MDA-MB-231和HeLa细胞每孔接种5000个，使用Celloger^® Mini Plus（4×物镜）每15分钟采集一次图像，并通过Celloger^® Mini Plus的分析软件估算球体覆盖的面积。结果表明，HeLa细胞的聚集效率更高。  （A）细胞图像以黄色显示分析的细胞覆盖面积
 （B）球体形成过程中细胞覆盖率的变化（平均值，N=3）
2.使用抗癌药物Nocodazole处理后通过Celloger^® Mini Plus在4×物镜下延时成像得到球体面积的结果，发现无论药物处理与否，球体大小持续增加直至18小时。未给予Nocodazole治疗的球体大小在18小时后仍在增加，而给予Nocodazole治疗的球体大小在18小时后逐渐降低（图5）。
左下方图像为Nocodazole处理18 h后的球体，红色线条勾画。右下方图像为26小时后的球体，与18小时图像相比缩小的区域被标记为黄色。每30分钟采集一次图像。 3.使用不同的药物作用细胞48小时后，检测Hep3B和Huh7细胞的成球能力。将细胞按10³cells/孔的数量接种在低黏附24孔板上，然后做加药或不加药的处理。培养13天后，使用Celloger^® Mini Plus 捕捉球体图像^[1]。  
六、结论
使用Celloger^®系列活细胞成像系统将为您的3D球体研究带来便利，通过延时拍摄，可获得3D球体的各个阶段图像，确保3D球体实验的顺利进行。
 
后续我们将为您继续介绍活细胞成像系统在不同研究下的应用实例，敬请期待。
 
参考文献
[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.