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活细胞动态监测的技术方案、优势与应用场景

2026-08-04     来源:微信公众号     点击次数:183

活细胞动态监测概述

活细胞动态监测,即将缓慢的细胞动态变化过程,如细胞增殖、细胞分化、细胞迁移、类器官发育、细胞间互作等,进行可视化呈现,是细胞生物学、药物筛选、肿瘤机制、干细胞诸多研究的核心手段。细胞生理活性高度依赖稳定的体外培养微环境。温湿度、CO₂浓度波动、外源染料标记与频繁人工操作均会干扰细胞正常状态,最终导致实验数据失真、重复性不佳。
 
活细胞动态监测的主要方法

目前活细胞动态监测常用的方法,主要有传统的显微镜下观测和活细胞动态成像监测。

1、传统显微镜下观测(传统镜检)
采用倒置显微镜间断、定点拍照,人工选取视野、手动对焦拍摄,记录细胞的形态变化和生长状态。然而,频繁将细胞培养板移出培养箱,引起温度、CO₂浓度、湿度等培养环境波动,干扰细胞正常生长,增加污染风险;人工选点、拍照存在视野偏移、对焦不均、光强不统一等问题,数据重复性差,同时仅能实现离散时间点的定性观察,无法自动定量细胞数量、汇合度,难以生成标准化生长曲线完成定量分析。
 
2、活细胞动态成像监测
培养箱内原位一体化设备,无标记明场、非侵入式成像,全程不移动培养样本与光学镜头,24h×7d 不间断自动成像。可完整记录细胞增殖、细胞融合、细胞迁移、细胞分化、类器官生长动态全过程,结合分析软件自动量化细胞数量、细胞汇合度、迁移速率,自动生成标准化增殖曲线、动态影像,全程无人工干预,最大程度维持细胞自然生理状态。

3、活细胞动态监测的方法比较
 
 / 传统显微镜 活细胞成像系统 活细胞成像仪优势
监测环境 培养箱中取出
室温下置于显微镜下监测
全程培养箱内工作
无标记明场成像
培养箱内原位监测
稳定的培养微环境
细胞稳定性 频繁暴露于室温下
生长环境波动大,细胞状态易受影响
污染风险大
细胞生长环境全程稳定
无干扰
维持细胞真实生理状态
避免污染风险
数据更可靠
观测连续性 人工取样、手动操作,易产生人为误差
数据信息不连续,丢失中间动态信息
支持全天不间断自动监测
 
长时程,无间断,无需人值守
动态监测全过程
视野一致性 人工选取视野及对焦,观测条件无法统一 24 组独立固定镜头,无任何机械移动 同一视野、同一焦距、同一光强连续监测
数据重复性 较差 数据一致
高重复性
数据维度 细胞静态图片 自动输出细胞图像、动态视频、细胞数量、汇合度数值
自动生成细胞生长曲线
数据结果丰富
数据维度多样
通量 单次观测单孔、单视野
多样本并行时需逐个观测
24通道并行成像
并行监测24个样本,20秒内完成全板采集
单台电脑可支持多台设备扩展
满足多通量、多分组、多重复的实验设计
自动化程度 依赖人工观测,操作多 全自动运行
细胞影像结果自动保存
自动进行细胞数量分析及生成细胞生长曲线,
解放人力
提高实验效率
设备维护 结构复杂,尤其精密光学与机械设计,对环境湿度、粉尘等敏感 一体化封闭设计,耐温、耐高湿、抗腐蚀
 
无机械移动部件,无校准需求、无散热开口、无清洁死角
稳定性高
维护成本极低

因此,传统显微镜更适于细胞状态的快速定性观测,无法满足长时程、动态、定量及高通量的活细胞实验需求。

活细胞动态成像及分析系统,在培养箱内对细胞生长动态进行无标记的24h×7d连续监测,获取更可靠的结果,同时自动输出细胞图片、动态视频、细胞数量及生长曲线等多种数据结果,全自动运行无需人工值守,免维护,是传统显微镜观察方法的升级补充方案。
 
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、培养箱内原位记录干细胞实时生长状态,输出图片、视频、细胞数量,并绘制干细胞的汇合度曲线、生长曲线和迁移率曲线。
 
zenCELL owl的核心特点:
• ​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;
• ​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;24h×7d不间断监测,无需人工值守;
• ​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;
• ​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
• 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;
• ​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,避免仪器内滋生细菌、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。

 
zenCELL owl 的应用方向:
• ​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
• ​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
• ​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
• ​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
• ​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
• ​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
 
环亚生物科技有限公司
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