活细胞成像仪在无氧培养体系中的应用价值
2026-05-08 来源:本站 点击次数:108
在细胞生物学、肿瘤学、微生物学以及干细胞研究中，“氧浓度”是影响细胞命运决策的关键因素之一。许多重要的生命活动，如代谢调控、应激反应、迁移侵袭、干性维持和菌群生长，对氧极为敏感。传统的固定染色或离线观察无法捕捉这些动态且瞬时的变化，因此，将活细胞成像仪应用于无氧培养体系，成为近年来科研中的新趋势。
本文将从研究背景、技术优势、典型应用及实验要点等方面系统阐述活细胞成像仪在无氧培养中的价值。
一、研究背景：无氧微环境的重要性
无氧条件（0–1% O₂）在多种生理与病理状态中发挥关键作用：
1. 肿瘤微环境
肿瘤核心部位常处于极低氧状态，导致：
2. 干细胞与再生医学
许多干细胞的“原生生态位”是低氧的，尤其是：
二、为什么要在无氧中使用活细胞成像？
无氧培养中的细胞行为往往具有以下特点：
三、文章中活细胞成像的应用
为了捕捉细胞内氧气水平（O2）及相关生理指标（如线粒体膜电位、细胞色素 c 释放）随时间的动态变化规律，解决静态成像无法揭示的 “过程性” 问题。文章利用延时成像功能监测细胞在不同氧气浓度波动下，监测细胞内氧气的浓度。
图1. 单个细胞代表性图像显示，当O2从20%降到2%之后，TMRM降低；Cyt-c-GFP释放及随后TMRM 进一步丢失，向细胞中加入25mM葡糖糖后TMRM恢复
肿瘤中的缺氧细胞对放疗的抵抗力更强（即 “放射抗性”），是导致放疗效果不佳的重要因素。但过去缺乏能直观观察 “缺氧区对放疗反应” 的工具 ——2D 细胞无法模拟缺氧分层，动物实验成本高且难精准分析局部反应。而 3D 球体的缺氧区与肿瘤实际情况一致，观察其在缺氧状态下的细胞变化（如坏死范围、缺氧区大小），能直接研究 “缺氧如何影响放疗效果”，为解决放疗耐药提供依据。
图2. 未照射和照射的 MC38_HBR-6U 和 SW620_HBR-6U 球体的活细胞成像显示，处理后 4 天内有缺氧核心
四、结语
从应用趋势来看，“缺氧培养 + 活细胞成像”正迅速成为生物医学研究的新标准模式。其价值并不只是把显微镜放进低氧箱那么简单，而是在于为低氧研究建立起动态化、连续化和定量化的观察体系。这种体系让研究者第一次能够看到细胞在缺氧微环境中的完整生命过程，而不是只看到几个时间点的快照。无论是肿瘤耐药、干细胞干性、类器官发育、免疫细胞应答还是缺血损伤模型，越来越多的研究都开始依赖活细胞成像来补足传统缺氧实验的盲区。
活细胞成像仪+缺氧工作站
缺氧工作站里培养的细胞往往处于应激状态，形态变化快（如收缩、死亡、迁移）。活细胞成像仪可以直接在低氧环境中连续拍摄，不需要把细胞拿出来暴露在空气中。
参考文献：
Düssmann H, Perez-Alvarez S, Anilkumar U, Papkovsky DB, Prehn JH. Single-cell time-lapse imaging of intracellular O2 in response to metabolic inhibition and mitochondrial cytochrome-c release. Cell Death Dis. 2017 Jun 1;8(6):e2853. doi: 10.1038/cddis.2017.247. PMID: 28569778; PMCID: PMC5520905.
Beckers C, Vasilikos L, Moor L, Pruschy M. Live-cell imaging and analysis of 3D spheroids in hypoxia- and radiotherapy-related research. Clin Transl Radiat Oncol. 2025 Jan 15;51:100920. doi: 10.1016/j.ctro.2025.100920. PMID: 39898333; PMCID: PMC11787710.
本文将从研究背景、技术优势、典型应用及实验要点等方面系统阐述活细胞成像仪在无氧培养中的价值。
一、研究背景：无氧微环境的重要性
无氧条件（0–1% O₂）在多种生理与病理状态中发挥关键作用：
1. 肿瘤微环境
肿瘤核心部位常处于极低氧状态，导致：
- HIF-1α 稳定表达
- 胞内代谢重编程
- 迁移、侵袭增加
- 放化疗耐受增强
2. 干细胞与再生医学
许多干细胞的“原生生态位”是低氧的，尤其是：
- 间充质干细胞（MSC）
- 神经干细胞（NSC）
- 造血干细胞（HSC）
二、为什么要在无氧中使用活细胞成像？
无氧培养中的细胞行为往往具有以下特点：
- 变化迅速（几分钟内完成）
- 不可逆（暴露空气即改变代谢）
- 空间异质性强（类器官/3D培养）
- 对操作高度敏感
三、文章中活细胞成像的应用
为了捕捉细胞内氧气水平（O2）及相关生理指标（如线粒体膜电位、细胞色素 c 释放）随时间的动态变化规律，解决静态成像无法揭示的 “过程性” 问题。文章利用延时成像功能监测细胞在不同氧气浓度波动下，监测细胞内氧气的浓度。
图1. 单个细胞代表性图像显示，当O2从20%降到2%之后，TMRM降低；Cyt-c-GFP释放及随后TMRM 进一步丢失，向细胞中加入25mM葡糖糖后TMRM恢复
肿瘤中的缺氧细胞对放疗的抵抗力更强（即 “放射抗性”），是导致放疗效果不佳的重要因素。但过去缺乏能直观观察 “缺氧区对放疗反应” 的工具 ——2D 细胞无法模拟缺氧分层，动物实验成本高且难精准分析局部反应。而 3D 球体的缺氧区与肿瘤实际情况一致，观察其在缺氧状态下的细胞变化（如坏死范围、缺氧区大小），能直接研究 “缺氧如何影响放疗效果”，为解决放疗耐药提供依据。
图2. 未照射和照射的 MC38_HBR-6U 和 SW620_HBR-6U 球体的活细胞成像显示，处理后 4 天内有缺氧核心
四、结语
从应用趋势来看，“缺氧培养 + 活细胞成像”正迅速成为生物医学研究的新标准模式。其价值并不只是把显微镜放进低氧箱那么简单，而是在于为低氧研究建立起动态化、连续化和定量化的观察体系。这种体系让研究者第一次能够看到细胞在缺氧微环境中的完整生命过程，而不是只看到几个时间点的快照。无论是肿瘤耐药、干细胞干性、类器官发育、免疫细胞应答还是缺血损伤模型，越来越多的研究都开始依赖活细胞成像来补足传统缺氧实验的盲区。
活细胞成像仪+缺氧工作站
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Celloger@ Nano一款半自动化的的活细胞成像仪，具有荧光和明场显微镜实时单位点成像技术，体积小巧，能放置在任意大小缺氧工作站中，实时监测细胞形态的变化。 |
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Celloger@ Mini Plus一款自动化活细胞成像系统， 先进的荧光和明场显微镜、自动对焦和实时多位成像技术。外接电脑远程控制摄像头，多位点实时记录，视频直观观测细胞的变化。 |
缺氧工作站里培养的细胞往往处于应激状态，形态变化快（如收缩、死亡、迁移）。活细胞成像仪可以直接在低氧环境中连续拍摄，不需要把细胞拿出来暴露在空气中。
参考文献：
Düssmann H, Perez-Alvarez S, Anilkumar U, Papkovsky DB, Prehn JH. Single-cell time-lapse imaging of intracellular O2 in response to metabolic inhibition and mitochondrial cytochrome-c release. Cell Death Dis. 2017 Jun 1;8(6):e2853. doi: 10.1038/cddis.2017.247. PMID: 28569778; PMCID: PMC5520905.
Beckers C, Vasilikos L, Moor L, Pruschy M. Live-cell imaging and analysis of 3D spheroids in hypoxia- and radiotherapy-related research. Clin Transl Radiat Oncol. 2025 Jan 15;51:100920. doi: 10.1016/j.ctro.2025.100920. PMID: 39898333; PMCID: PMC11787710.
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