01  3D肿瘤球模型与肿瘤研究背景
传统二维单层细胞培养是肿瘤研究常用的体外模型，但缺乏细胞与细胞、细胞与细胞外基质的三维相互作用，药物响应难以充分反映体内真实状态。三维多细胞聚集体（3D spheroids，即肿瘤球），可更好模拟体内微环境下细胞间、细胞-基质及细胞-药物相互作用，在早期药物研发、药物安全性评估中广泛应用。

在肿瘤球研究中，实时、动态、定量监测其形态变化、生长行为及药物响应过程，是评估候选化合物抗肿瘤活性、优化给药方案及研究肿瘤生物学机制的关键环节。获取肿瘤球直径、面积、圆度、贴壁外扩行为、药物干预下的解体凋亡进程等数据，可以客观评价3D模型的生物学行为。
 
02  肿瘤球监测的实验方法
目前肿瘤球监测的方法：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。
传统显微镜观测：利用光学显微镜，人工定时观察和拍照，获取肿瘤球形态的静态图像，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：对肿瘤球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，但由于破坏了肿瘤球原有的三维结构和细胞活性，无法反映形态动态变化，也无法区分细胞增殖、粘附铺展与死亡。
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肿瘤球图像和数据。 
 
03  肿瘤球监测的方法比较
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	显微计数法	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 全天候连续动态实时监测，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，干扰球体正常生长	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球状态
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 仅定性描述球体形态	仅细胞活力数值 丢失球体形态、解离、外扩动态过程	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； 频繁取板易造成球体松散、生长停滞	无法可视化肿瘤球三维动态变化； 无法区分球体增殖、细胞脱落、药物诱导坏死； 无形态学佐证	无机械位移误差 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

 
04  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，并绘制细胞的汇合度曲线、生长曲线和迁移率曲线。

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；24×7 小时不间断监测，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。
  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：神经突触形成，血管形成，胚胎分裂，心肌细胞搏动等 肿瘤球成球质量和生长速率受初始接种密度、培养基组分影响。传统显微镜观测仅能获取单时间点球体数据，无法区分不同培养条件下球体的生长动态差异。本实验利用 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，对非粘附力孔板中MCF-7 肿瘤球进行长时间动态监测，持续优化培养条件，促使MCF-7 细胞与细胞间聚集成圆润肿瘤球。

实验方案：
实验细胞：MCF-7人乳腺癌细胞
肿瘤球制备：自聚集法在琼脂糖包被的96孔板中制备（6000 cells/well），震荡培养。肿瘤球形成第一天接种到琼脂糖包被的 24 孔板中
培养器皿：24孔板，孔内包被1.5%（w/v）琼脂糖以防止肿瘤球粘附
监测设备：zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统
监测周期：96h，每隔 10 分钟拍照一次
 
实验结果：
设备记录了非粘附孔板内MCF-7肿瘤球的完整生长过程（图 1）。肿瘤球逐渐变得圆润光滑，球体直径也随时间增长。结合ImageJ及zenCELL owl软件的图像分析，定量获取肿瘤球的投影面积、宽度、高度及圆度等形态参数（图 2）。数据显示，随着外层细胞不断增殖，肿瘤球直径持续加大、圆度提高，可有效评估肿瘤球生长动力学指标。 肿瘤球接种于贴壁培养基底后，其外层细胞发生粘附并向外迁移铺展，模拟实体瘤原位侵袭行为，是评价抗转移药物药效的重要模型。本实验利用 zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统，对粘附表面接种的 MCF-7 肿瘤球进行长时间动态监测，记录细胞汇合度、数量等信息，定性、定量的描述肿瘤球的贴壁生长及侵袭变化过程。

实验方案：
实验细胞：MCF-7人乳腺癌细胞
肿瘤球制备：自聚集法在琼脂糖包被的96孔板中制备（6000 cells/well），震荡培养。肿瘤球形成第七天接种到未包被的 24 孔板中
培养器皿：组织培养处理的24孔板（未包被）
监测设备：zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统
监测周期：48h，每隔 10 分钟拍照一次
 
实验结果：
肿瘤球接种后，外层细胞首先贴附于培养表面形成细胞-基质接触，肿瘤球逐渐扁平化；随后细胞从初始接触区向外迁移，铺展范围逐渐扩大，最终形成围绕肿瘤球的中心对称单层细胞区域。软件定量分析显示，细胞覆盖率、细胞总数及贴壁细胞数量均随时间呈持续上升趋势（图 3）。zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，完整记录了肿瘤球从悬浮到粘附、再到铺展生长的全过程，克服了传统方法只能获取终点数据的局限。  
结论
以上案例显示，zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统，在培养箱内原位、无标记、长时间连续监测3D肿瘤球的形态变化与生长行为，自动输出定量参数，为肿瘤球药物响应研究、培养条件优化及抗肿瘤机制研究提供稳定、可重复的实验数据，是肿瘤与肿瘤3D模型研究的重要实验工具。
 
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生命科学产品全国性代理商，持续引进海外前沿创新科研产品进入中国市场。环亚生物具备完善的公司运营、产品管理、营销、售前技术支持和售后维修体系。环亚生物作为zenCELL owl 实时活细胞成像分析仪大中华区独家代理商，负责zenCELL owl 实时活细胞成像分析仪产品大中华区的营销和售后支持。