zenCELL owl 活细胞成像系统在类器官成球过程监测中的应用
2026-10-28 来源:微信公众号 点击次数:4001、关于类器官
类器官（organoids）是由干细胞或祖细胞在体外三维环境中自组装形成的多细胞复合体，在结构和功能上部分模拟对应器官的组织特征。该模型维持细胞间、细胞和胞外基质的三维相互作用，更接近体内真实生理状态，且不存在动物模型种属差异、移植供体不足等问题，在发育生物学、疾病建模、药物筛选及再生医学等方向有重要应用潜力。
类器官体外构建一般从细胞自聚集、成球阶段开始，这一过程决定了后续类器官的形态发生、细胞分化效率与结构完整性。因此，对类器官成球全过程进行实时、动态、定量监测，评估细胞聚集速率、球体致密程度及形态稳定性，是优化培养条件、筛选分化诱导方案、评估细胞质量的核心环节，为干细胞工程化及再生医学研究提供数据支撑。
目前常用的类器官细胞监测方法包括传统显微镜观测、终点生化检测和长时间活细胞原位动态成像。
传统显微镜观测：利用光学显微镜，人工定时观察和拍照，获取类器官细胞的静态图像，估算其直径和成型状态，适用于少量样本的粗略对比。
终点生化检测：对类器官样本裂解消化或固定染色，基于发光、吸光度、荧光分群间接实现活细胞的定量，但由于破坏了类器官原有的三维结构和细胞活性，数据信息有限、可靠性不足。
长时间活细胞原位动态成像：直接在培养箱内部，对类器官细胞进行无标记、无损伤观测，维持原有培养微环境。24 组独立光学通道，支持同步监测多组平行样本，全程无人工干预，在固定视野下连续自动采集类器官图像和数据。
结合以上实验方法的原理、监测模式、细胞状态、数据维度等方面进行系统比较：
| 方法 | 传统显微镜观测 | 终点生化检测 | 长时间活细胞原位动态成像 |
| 监测原理 | 人工光学成像 | 裂解/固定染色：基于代谢/荧光信号定量活细胞总量 | 无标记明场光学成像 |
| 监测模式 | 将样本移出培养箱，定点、间断取样，获取单一时间点结果 | 样本终点检测：定点、间断取样，获取单一时间点结果 | 全程置于培养箱内，24×7 h 连续动态实时监测，支持分钟级高频次采样 |
| 细胞状态 | 频繁从培养箱中取出，环境波动大，干扰细胞正常生长 | 生化试剂处理样本，破坏细胞三维结构及活性 | 培养箱内原位监测，温湿度、气体环境稳定； 无外源试剂干扰细胞状态 |
| 数据获取 | 人工寻找视野，手动对焦拍照； 获取终点数据，缺失中间动态过程信息 |
破坏性检测，无细胞原位相互作用信息； 获取终点数据，缺失中间动态过程信息 |
培养箱内自动原位连续成像和数据采集； 全程同一视野，无位置偏差与人为误差 |
| 信息维度 | 静态单张图像，仅定性描述类器官形态 | 仅细胞活力数值，丢失类器官组装等动态过程 | 静态图像、细胞数据； 动态视频，自动进行数据分析生成生长曲线； 观察细胞增殖、形态、行为等全过程 |
| 观测局限 | 视野偏移、对焦不均、频繁取板，易影响类器官正常组装生长 | 无法可视化类器官三维动态变化； 无形态学佐证 |
无机械位移误差； 可长时间监测多组平行样本 |
| 人力成本 | 人员值守观测，人工投入大 | 人工取样处理，步骤多，人力成本高 | 全程无人值守，自动化运行； 一次实验完成全周期数据采集，大幅降低人工消耗 |
zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统
基于现有方法的系统比较，活细胞动态成像设备如来自德国 innoME 公司的 zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统，可实现无标记、非侵入、培养箱内原位记录细胞实时生长状态，输出图片、视频、细胞数量。
核心特点：
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24 高通量并行成像：24 组独立的光源、镜头和相机，同时监测 24 个细胞样本/视野，可实现各种自定义的多组对比实验，如 3 个重复 ×8 个分组；单台电脑可同时控制 6 台设备，满足高通量筛选需求；
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培养箱内长时间运行：外形尺寸 18 cm×10.5 cm×18 cm，体型小巧，可置于培养箱的任意隔层，不影响其他细胞实验；24×7 小时不间断监测，无需人工值守；
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性能稳定数据可靠：整机无任何机械位移，避免机械误差和抖动；无机械疲劳，避免 XY 轴的图像位移偏差和 Z 轴反复移动的脱焦问题，保证视野固定和数据连续稳定，实验结果重复性高；
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自动输出定量数据：设备自动记录细胞图片，生成动态视频，输出细胞汇合度、细胞数量、细胞生长曲线等；
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开放兼容极简操作：兼容各品牌细胞培养板/瓶/皿，无需专用耗材，软件界面简洁，全自动运行；
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封闭设计方便消杀：一体化构造，外表面无清洁死角，可整机酒精消毒；内部无机械移动部件，无需风扇开口散热降温，降低仪器内滋生细菌、污染培养细胞，避免水蒸气、弱酸蒸汽进入设备腐蚀内部电子器件。
应用方向：
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细胞增殖/增殖抑制：药物/化合物筛选，细胞毒理研究，细胞因子/基因编辑对增殖的影响
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细胞划痕/迁移实验：肿瘤侵袭，伤口愈合，药物对细胞迁移能力的影响研究
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活细胞行为观测：细胞吞噬/杀伤、细胞凋亡、病毒侵染细胞、细胞形态变化、干细胞分化等过程观测
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细胞培养质控与条件优化：接种密度、培养基、血清、培养环境的标准化与参数优化
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3D 模型监测：肿瘤球、类器官形成、生长、药物响应的长时程动态追踪
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其它动态监测：神经突触的形成、血管的形成、胚胎的分裂、心肌细胞的搏动等
案例一：类器官细胞体外成球过程监测
类器官的体外培养通常遵循“成球→分化→成熟”的基本路径。干细胞或祖细胞首先在特定条件下自组装形成致密的三维细胞球，作为后续形态发生、细胞分化和功能成熟的基础。如果成球阶段出现问题（如聚集不充分、球体结构松散、细胞死亡等），类器官的质量和可重复性都会受到严重影响。因此，监测成球过程是保证类器官构建成功的关键节点。
实验方案：
实验细胞：iPSC 来源细胞
培养器皿：35 mm 小皿，内嵌自制U型底小孔
监测设备：zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统
监测周期：24 h，每隔 10 分钟拍照一次
实验结果：
视频 1 清晰记录了类器官细胞从分散、悬浮状态逐渐迁移、聚集，最终形成致密球体的完整过程。高频次成像（10 min 间隔）精准捕捉了细胞间的识别、迁移及粘附行为，可直观监测细胞团逐渐致密化的动态演变。相较于传统显微镜仅能判断“成球与否”，活细胞实时成像系统完整还原了类器官细胞成球的动态过程，为评估成球效率、优化培养条件提供了可视化、连续性的数据支持。
实验人员反馈，zenCELL owl 视野清晰、操作便捷，满足类器官成球实验的常规观测与数据采集需求。
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