一、肿瘤细胞迁移/侵袭能力和细胞划痕/迁移试验
细胞迁移/侵袭是肿瘤发生、发展、转移的核心生物学过程,直接决定肿瘤恶性程度与患者预后。体外精准评估肿瘤细胞迁移/侵袭能力,是肿瘤机制研究、靶向药物筛选、基因功能验证的关键环节。
细胞划痕/迁移实验又称伤口愈合实验,是经典的2D体外细胞迁移能力的检测方法,操作简便、成本低、结果直观,被广泛用于基础与转化医学研究。
实验的核心原理
将贴壁细胞培养至致密的单层后,用无菌枪头或专用工具在细胞层制造均匀、笔直的无细胞划痕区域。划痕边缘细胞因接触抑制解除,启动迁移,向空白区域移动,逐步 “愈合” 伤口。通过记录不同时间点划痕宽度/面积变化,计算伤口愈合率、细胞迁移速率,定量反映细胞迁移能力的强弱。
实验的关键价值
* 模拟体内伤口愈合与肿瘤侵袭前沿的细胞集体迁移行为。
* 快速、平行对比基因敲除/过表达、药物处理、通路干预等对迁移的影响。
* 适合高通量初筛,为 Transwell 侵袭等 3D 实验提供可靠预筛选依据。
二、划痕/迁移实验的方法比较
| 方法 |
显微镜观察拍照 |
活细胞动态成像 |
| 检测原理 |
明场光学成像 |
明场光学成像 |
| 观测模式 |
定点、间断取样(0h,24h,48h等) |
全程连续动态实时监测 |
| 数据获取 |
人工寻找视野
手动对焦拍照 |
培养箱内原位成像
全程同一视野、无位置偏差 |
| 细胞状态 |
频繁出入培养箱
生长环境波动、干扰细胞状态 |
全程箱内原位培养
生长环境保持稳定、细胞状态无干扰 |
| 定量精度 |
一般
定点取样,中间趋势信息易丢失迁移速率、愈合曲线恤人工分析和拟合 |
准确
全程数据自动获取
迁移速率、愈合曲线自动生成 |
| 信息维度 |
仅静态图像 |
既有静态图像,又有动态视频,可观察细胞形态、运动、轨迹等 |
| 人力成本 |
专人值守,定时操作 |
无人值守,全程自动化运行 |
| 适用场景 |
低通量,短周期,初步观察 |
高通量,长时程,高精度定量与发表级数据输出 |
三、zenCELLowl活细胞动态成像及分析系统
德国innoME公司zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统,基于无标记、非侵入方法,培养箱内原位记录细胞实时生长状态,并输出细胞图片,动态视频,细胞数量、汇合度、细胞生长曲线、愈合曲线等。
产品介绍和技术优势
高通量并行成像:通过24组独立的光源、镜头和相机,同时监测24个细胞样本/视野;单台电脑可同时控制 6 台设备,满足高通量筛选需求;
培养箱内原位长时间监测:外形尺寸为18 cm×10.5 cm×18 cm,体积小巧,可置于培养箱的任意隔层,进行 24×7 小时不间断监测,无需人工值守不影响其他细胞实验;
数据稳定可靠:整机无任何移动部件,无复位误差和脱焦现象,避免机械误差与抖动,数据连续稳定,重复性高;无大量产热,无需风扇散热,无细菌污染,耐温耐腐蚀;
自动输出多项定量数据: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、愈合曲线等;
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;
细胞划痕/迁移实验案例
实验内容:将L929小鼠成纤维细胞系以120000个细胞/孔的密度接种于24孔板中培养24小时。然后,使用10µl枪头或其他硬物在融合的细胞单层中制造划痕(图1),并用磷酸盐缓冲液冲洗两次。加入新鲜细胞培养基,将24孔细胞培养板置于培养箱中的zenCELL owl 设备上培养约24小时。每隔10分钟拍摄一次照片,并根据所得数值计算细胞覆盖率。
图 1. 细胞划痕实验
实验结果:细胞从划痕边缘扩散移动,结果显示,划痕在24小时后几乎完全愈合(图2)。细胞从划痕边缘扩散移动。图片中可见零星的细胞分裂,为了防止细胞增殖干扰迁移的测量,可以通过添加放线菌素C等药物或去除生长因子(如血清)来抑制增殖。细胞覆盖率数据与伤口愈合过程图像一致(图3)。实验开始后24小时内,该区域的细胞覆盖率在从50%上升到90%。利用细胞覆盖数据计算相对间隙面积(图4)可以确定间隙半闭合的时间点(t1/2间隙闭合)。
图2. 培养24小时后,划痕几乎完全愈合

图3. 划痕愈合过程中的细胞覆盖度变化

图4. 相对间隙面积变化
以上案例显示,zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统在细胞划痕/迁移实验中的应用潜力,该设备兼具高通量,稳定、小巧、箱内原位监测等多种优势,可在伤口愈合过程的任意时间点对细胞迁移进行可视化与持续监测。
应用方向
实现长时间动态监测和分析:细胞增殖/增殖抑制、细胞划痕愈合/迁移/侵袭/趋化、细胞吞噬/杀伤/融合/黏附、病毒/细菌侵染细胞、细胞毒性、细胞凋亡、干细胞分化、血管细胞形成、神经突触形成和发育、胚胎细胞分裂、心肌细胞搏动、鞭毛细胞的运动、细胞微环境、类器官/3D肿瘤球等,以及优化细胞培养条件
广泛用于:细胞药化实验/药物研发/筛选,肿瘤与癌症研究,干细胞与再生医学,神经科学与神经退行性疾病,感染与宿主-病原体互作,免疫学与细胞治疗,毒理学,食品科学,环境科学,生物材料 & 医疗器械领域,化妆品 & 功效原料评价等领域,以及细胞培养工艺/培养基等培养条件的优化