高通量细胞生物学是指将自动化仪器设备和细胞生物学技术整合，来回答传统方法不能解决的问题。它需要用到先进的成像技术、化学试剂和生物学方法，快速、多通路地获得细胞表型、功能和相互作用的信息。它的核心思想是尽可能多地获得数据——无论是来源于大量样本，还是采用“组学”的研究方式，同时不降低数据的质量。

 

英国TTP LabTech公司推出的Acumen eX3高内涵细胞分析平台配备有405nm、488nm和633nm三种不同波长的固态激光发生器，兼容众多的荧光染料。Acumen eX3具有全孔高速成像和多重荧光分析的能力，兼有CCD成像系统和流式细胞仪的优点，能在10min内完成对微孔板（包括96、384、1536孔板）的整板扫描。目前，该平台已经成功地应用于各种细胞水平的研究，包括对人类基因组RNAi文库的筛选研究1－3，癌症相关的研究2（包括细胞周期、细胞增殖、克隆形成、细胞毒性、凋亡、细胞粘附、血管生成、蛋白激酶等），以及干细胞分化的研究³。特别值得一提的是，AcumeneX3的高质量成像优势在组织切片、动物模型（如线虫，果蝇和斑马鱼）等系统生物学研究领域也备受推崇。在过去短短的几年里，Acumen eX3已经成为科研和制药领域最为推崇的高通量细胞生物学的研究利器之一。

 

 

癌症研究的主要目的就是为了提供攻克癌症的治疗手段，那么也就离不开细胞水平的毒性、增殖与凋亡、侵袭迁移等分析，由于在众多应用方面高内涵技术和癌症研究直接相关，这也使得高内涵技术在癌症相关研究中广泛应用。Acumen eX3 作为高内涵技术的革命性产品很好的将肿瘤学研究和高通量生物学结合起来，不仅应用领域覆盖了包括蛋白激酶分析、细胞侵袭和迁移、细胞增殖、克隆形成、细胞毒性、凋亡、细胞粘附、血管生成等众多癌症研究的热门领域4－7，而且还满足了用户在24至1536孔板上进行的高通量细胞水平实验，并提供全孔细胞的精确数据分析。下面我们就从几个应用领域来介绍Acumen eX3在癌症研究中的优势。

 

1.      细胞周期

细胞周期调控的紊乱会引发多种疾病，特别是白血病和其他癌症。因此，对人类细胞中参与周期调控的必需基因的研究不仅能加深对基础生物学的了解，还可能为攻克癌症带来全新的诊断和治疗方法。

 

Acumen eX3微孔板细胞分析仪（TTP LabTech）提供了流式细胞仪无法比拟的细胞周期筛选通量。通常可在10分钟内读取一整块384孔板，并且同时进行多重分析，如有丝分裂指数的确定。Acumen eX3能原位分析贴壁细胞，而不需要像流式细胞仪那样重悬细胞，这就避免了细胞在重悬的时候因为形态变化而影响实验结果。使用细胞通透性DNA染料可以实现细胞周期分析以及其他生物标记物的多重分析。

图1 对长春碱处理细胞的细胞周期和有丝分裂指数的多重分析

 

2. 克隆形成实验

细胞的克隆形成实验被广泛应用于癌症的临床和机理研究中，人们以此来评价细胞群体在体外的功能状况。其中一些重要的研究领域就包括了细胞毒性评估、细胞转化研究以及预测肿瘤细胞对各种化学治疗试剂的反应。过去，克隆计数实验是在半固体的琼脂糖双层系统上进行的，需要在显微镜下一个一个地数，非常费时费力，并且无可避免的引入了人为的主观因素的影响。一般的高内涵图像分析系统，由于景深有限，不能准确分辨大体积的克隆；而且它的成像面积较小，又不能对全孔进行克隆计数。

 

Acumen eX3 能够自动地对24 或96 孔板进行高内涵的全孔扫描，软件独有的体积算法能精确测量克隆大小。细胞经过calcein-AM 染色后，可在选定的时间点来监测克隆的生长，精确区分孔内含有指定细胞数量的克隆，这能帮助用户区分细胞簇和克隆，从而精确计数。一般来说，细胞克隆被认为含有20 个以上的细胞（图2，红色），而细胞簇不足20 个细胞（图2，绿色）。传统的格子计数法对于某些克隆来说就会显得无计可施（如图2中的克隆2）。而Acumen eX3 鉴定了孔中的所有荧光目标，这也意味着所有克隆都能被准确地鉴定和分类。在表1中显示了图2中标记的3 个克隆的面积和体积测量结果（表1）。通过比较可以发现，使用面积作为测量参数相对于使用体积作为测量参数，低估了克隆的尺寸。例如，克隆2 由于其形状和在孔中的分布方向所致，使得它的体积/面积比要远远大于克隆1 和克隆3。

图2Acumen eX3 软件对细胞克隆的鉴定及分类

表1  Acumen eX3 计算的3个克隆的相关参数

 

显然Acumen eX3这种利用体积读数来对细胞克隆形成进行评估的方法，避免了由于细胞毒性等引起细胞在数目和外形上的不同而造成的误差，无疑提供了一种优异的检测克隆形成的实验方法⁶。

 

3. 血管生成实验

血管生成（angiogenesis）是癌症转移所必需的条件，肿瘤的血管生成是指血管网络的增殖，这些血管渗透到癌细胞周围，为之提供营养和氧气，并带走废物。肿瘤的血管生成实际受所释放的生长因子的调控。这些信号激活了宿主组织中的某些基因，翻译生成的蛋白会促进新血管的生长。因而科学家一直寄希望于能够通过干扰肿瘤的血管生成来治疗癌症。

 

Acumen eX3的大视野能力支持24或96多种规格的微孔板。在生长因子刺激后，细胞用calcein-AM 染色，通过Acumen eX3扫描后，血管生成的数量就可轻松确定⁸。软件会得到总的血管面积；也可以将图像输出，由Image Pro Plus进行血管长度以及分支数量的测定。

4. 细胞迁移实验

细胞迁移是高度整合、复杂调控的过程，细胞迁移的调控异常涉及到癌症、黄斑退化和糖尿病、伤口愈合等多种疾病。肿瘤细胞的侵袭和转移能力是恶性肿瘤的基本生物学特征，因此肿瘤细胞迁移的研究对癌症的防止有着重要的意义。近年来，关于评估细胞迁移的实验方法越来越精细，取代了之前Boyden 小室方法。

Acumen eX3结合Oris™细胞迁移分析（http://www.platypustech.com）的专利技术实现了在在微孔板上进行细胞迁移实验，利用独特的细胞接种塞来产生一个能观察细胞迁移和侵袭的检测区域。硅胶塞插入96 孔板的每个孔中，接种后4-18 个小时，贴壁细胞附着在硅胶塞以外的区域，形成一个环。去除硅胶塞后，孔中心形成直径2 mm的圆形区域没有附着任何细胞，区域外的细胞会向内迁移，此区域即可用于检测细胞迁移的速率。

图5 Oris™细胞迁移板在Acumen eX3 上进行的分析，并支持多种荧光标记。

 

由于Acumen eX3在成像面积和计数效率方面的优势，大大提高了整个实验的效率，96孔板扫描分析不超过10分钟。更重要的是避免了传统的划痕法引入的人为操作误差^9-10。