文献支持活细胞培养成像系统

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活细胞培养成像系统
Axion CytoSMART箱内活细胞成像仪

 
北京泽平代理的进口Axion CytoSMART Lux 3 箱内活细胞成像仪、Omni箱内高通量活细胞成像工作站（原Lonza CytoSMART），通过自动对焦、高分辨率连续拍照（延时摄影）、图片自动拼接、云端软件智能分析，实现明场、红绿双荧光通道下的细胞动态成像，可进行2D/3D细胞数量、大小、活性等定量分析，用于细胞增殖、融合、划痕/细胞迁移、凋亡、细胞毒性、类器官等实验。CytoSMART体积迷你，作为一体式微型显微成像系统，可放置于二氧化碳培养箱内，操作简单，可快速进行活细胞成像分析，适用于6-384孔板、T25~T225培养瓶等各类透明容器。


 

一、CytoSMART Lux 3 箱内活细胞成像仪

支持明场、以及红色和绿色荧光双通道细胞计数，可对样本中被荧光标记细胞的数量和大小进行定量计算，并开展长期追踪。

1、体积小巧
所有硬件和电子器件都能在5~40°C及20~95%的湿度环境下运行。更小尺寸，重量1.3kg，箱内移动无压力，空间占用少。

2、操作简单
step-by-step引导式实验流程设定，点击即自动呈现数据、图片或影像，照片上传国内云端服务器，进行图像数据分析。即插即用，无需安装调试，无易损模块，无需维护。

3、高品质图片
LED光源位于样本上方，数据采集由样本台下方的可变焦镜头完成，640万像素CMOS成像，10倍镜下0.7μm/像素的超高分辨率，只使用CMOS 67%的核心区域成像，避免畸变困扰。

4、方便拓展
可多台并联，提升实验通量和平台共享能力。一拖四，单台终端即能实现实验室集约管理。

5、兼容各类细胞培养容器
可使用任何高度小于55mm（样本台到光源下沿的距离）的透明培养容器，如6~384孔多孔培养板、培养皿、T25~T225培养瓶等。

 

参数

 

 

 

 

 

二、CytoSMART Omni 箱内活细胞成像工作站

在明场通道下，Omni镜头对整个台面依次开展连续成像，生成约7850张快照图片，并通过云端软件自动拼接，得到一张尺寸为86mm*124mm的全景图片，呈现完整的样本影像，或者在荧光实验时，对单个孔内进行多个区域拍照，通过云端进行分析和储存。

1、体积小巧
机身纤薄，体积为0.0234m3，只占用常规二氧化碳培养箱的10%容积，几乎不浪费细胞培养空间，能轻松放入标准尺寸的细胞培养箱、低氧工作站、生物安全柜等。

2、自动对焦
定点扫描模式下，可在100μm的景深范围内完成自动对焦。
 
3、整板快扫
无需挪动样本，只需约10分钟，即可以0.7μm/pixel的高分辨率，完成对整个培养板区域的快照扫描，并即刻生成自动拼接后的全景图像。


4、大视场
1.45mm*1.45mm大视场，单幅照片蕴含更大信息量，分析结果可重复性更高。

5、高保真
参与成像的CMOS核心区域只占其总面积的67%，模拟黄金分割法摒弃边缘畸变影像，还样本真实原貌。

6、云端释图
云端服务可实时拼接快照图像，自动获得整板全景照片。得益于人工智能及深度学习算法，软件能自动识别各种规格多孔培养板中的样本区域及单个孔中的划痕、单个克隆等关键目标，提供更准确、可靠的识图结果。

7、云端储存
登录云账号，享用国内服务器云端数据储存和计算，源数据实时更新，可无限量存储，同时支持本地下载，访问更安全和便捷，摆脱时间和空间的束缚。

8、长期监测，自动提醒
针对跨度长达数日至数周的实验，提供实时生成的延时影像，随时了解样本的动态变化，并定量比较不同样本间差异，特别适合细胞迁移、细胞杀伤、克隆形成等动力学实验。可设置培养体系的汇合度、温度等指标的触发阈值邮件提醒。

9、多台组网
单台终端最多可控制6台主机，支持多任务、多板位应用场景，实现对实验室的集约化管理。

10、高兼容性
大平层成像平台，扫描成像范围86mm*124mm，无需适配器即可兼容任何高度低于55mm的透明培养容器，包括但不限于6~384孔多孔板、T25~T225培养瓶、培养血、微流控芯片等。
 

参数

 

 

 

 

 
三、CytoSMART Lux 3、Omni活细胞成像系统功能

①从细胞汇合度出发，去了解样本从增殖至死亡的全过程。



②测定细胞的整体迁移所经过的面积及速度，精准完成划痕、排斥区、细胞生长及微流控趋化等动态实验。

③转染效率的评估及转染方案的优化。    




④细胞共培养实验。



⑤可定制图像分析软件，实现微流控芯片等特殊场景下的细胞学研究。

⑥通过实时观察细胞活力受各种培养条件的影响，对细胞培养开展质控。

⑦在克隆形成实验中，长时间监控单个克隆面积、尺寸及圆度的变化，为肿瘤或干细胞的克隆生长观测提供影像及定量分析。

⑧对培养在各种规格容器中的各种类器官样本开展识别、追踪及定量计算。

⑨细胞毒理研究。



 

 

 

 

四、CytoSMART应用实例

1、细胞汇合变化 

支持在2D培养体系中计算被细胞覆盖的表面占比，提供高效、保真的细胞汇合度分析。基于图像的自动捕获及计算，自动生成报告展示细胞覆盖度（%，成像范围内总的细胞覆盖度，当使用荧光成像时，分别给出红色及绿色荧光的覆盖度）、汇合比例（%，发出绿色及红色荧光物体各自的覆盖度）数据。应用于在无标记或荧光标记实验中计算细胞汇合度、确定合适的细胞传代时间点以维持细胞表型及培养质量、药物处理后细胞汇合度及活力评估、设定提醒内容告知何时完成细胞传代等。CytoSMART自动对细胞活力和增殖过程进行追踪并给出定量分析，提高实验的效率和可重复性。
 


 
细胞的汇合度和其死亡直接关联，用活细胞成像去检测很简便高效，是表征药物细胞毒性的很好参数。
 


实验及分析：样本为C6（大鼠胶质瘤）细胞。在其增殖的早期，向6个培养孔中依次加入梯度浓度的紫杉醇，然后以一小时的间隔拍摄
全景照片并持续24个小时。从汇合度变化图上可以推断出：紫杉醇对于C6细胞的增殖有着与浓度相关的抑制作用。

 

 
2、划痕/迁移跟踪

支持观察划痕实验，可在实验全程中无标记地检测细胞的迁移，实时观察并定量检测伤口闭合或者是细胞侵袭的过程，以评估药物处理及条件改变对于迁移过程中细胞的影响等。系统可自动选定无细胞区域（即划痕），并定量计算该缺口闭合及细胞迁移的速度，提供划痕面积（μm2，变化中的划痕面积）、速度（μm2/s，细胞迁移速度）等数据。
 



CytoSMART Omni全景摄像数据的云端算法，能自动识别全孔的划痕区域（蓝色标识），并由此计算出其面积和速度随时间的变化，从而客观地反映出整体和局部细胞的迁移水平及差异。



 

 
3、转染与转导

CytoSMART优秀的成像能力和机器学习算法，可对荧光报告基因载体的表达进行直接观测和定量测定。
 


实验样本为HepG2细胞，使用了BacMam表达系统进行转导。通过图像数据自动分析，软件给出了细胞覆盖度和荧光标记计数的实时结果。蓝色对应整体样本，绿色和红色对应其中表达了BacMam-Actin-GFP及/或BacMam-Nucleus-RFP的那部分细胞。可以看到从转染后第7小时开始，红色和绿色荧光蛋白的表达一直呈现迅速升高的趋势，且过夜以后仍然未见衰退，虽然此时细胞的增殖已经进入平台期。而且转导表达会先发生在细胞骨架中，那里表达的蛋白量也高于细胞核。这些数据结合影像，提供了综合性的转导质控依据。
 


 

 

4、细胞共培养

对样本中一种细胞进行荧光标记，分别使用CytoSMART Omni细胞成像仪的白光和荧光通道做细胞亚群特异的汇合动力学测试。通过实验结果的两相比较，可分析细胞互作、或二者间的生理学差异。



这里的案例展现了绿色荧光标记后的HeLa细胞与未标记的3T3细胞对于药物处理的不同反应。样本以不同的混合比例种板并经过梯度浓度的TNF-α处理。每小时对每个孔做3个固定位置的定点扫描，并持续到第48小时。可以发现，药物处理能给3T3细胞带来相较于HeLa细胞而言的增殖优势，特别是在前者混合比例较低时。


 

5、克隆形成

使用梯度浓度的阿霉素处理6组CHO-K1细胞，每个样本做四重复，一共24个样本。CytoSMART云端算法能自动实时更新定量、定性的分析结果，方便研究者做出快速和精准的判断。



左侧上下两幅全板示意图分别提示每个孔中被检测到的克隆分布和密度以及单孔克隆总数。
右侧由上至下分别为对应于六种药物浓度条件下，样本在克隆数量、大小和圆度这三个参数的平均值及标准偏差上随时间的变化情况。方便对药物影响细胞克隆形成的起效时间、持久性和浓度相关性做出分析。

 

 
6、类器官分析

有多种因素会影响到类器官的形状和大小，包括细胞类型、疾病表型、培养条件。CytoSMART系统能对培养在各种规格容器中的大量类器官样本开展识别及追踪，并提供数量、直径、面积、宽高比和圆度等数据以量化其表型。实现快速识别、分组比较、群体分布分析及样本发育长期记录等之前无法完成的任务。
 


 

 
7、细胞凋亡

结合特定凋亡通路的荧光标记，可以在监控样本动态变化的过程中，提示凋亡事件发生的时间顺序或通路依赖性。
 


绿色荧光染料pSIVA-IANBD能结合外翻的细胞膜中磷脂酰丝氨酸（PS），从而提示早期的凋亡发生；而PI则是常用的细胞核红色荧光染料，它能指示凋亡过程的终结。在两组CHOK-1细胞样本中加入上述两种荧光染料后，并联使用两台Lux3，进行了间隔为10分钟的连续摄像并一直持续到第24小时。图中的上层为空白对照组的延时成像结果，下层为同时间点经0.6mM H2O2处理发生了细胞凋亡的实验组的成像结果。通过对荧光区域的定量识别，CytoSMART云端计算能分析得到并自动生成两个样本各自的凋亡指数曲线，为凋亡研究提供重要的判断依据。
 
 

8、单细胞示踪

在ibidi μ-Slide channel板中观察细胞对FBS的浓度变化是否做出趋向性运动。HeLa细胞上样时培养基中FBS的浓度为10%。在相邻的两个Channel中则分别添加20%和0% FBS浓度的同种培养基，在这样的FBS浓度梯度环境中，细胞是可以移动的。另设一块趋化板作为对照组，其中不同部位的FBS浓度均为10%。该实验并联使用了两台Lux 3，以每5分钟拍摄一次的频率连续采样24小时。随后以图片为原始数据，使用CytoSMART单细胞识别功能及第三方软件的追踪功能，来对每个细胞的运动轨迹进行统计学分析。结果发现，HeLa细胞在FBS浓度恒定的环境中会在更大范围内做均匀分散；而在具有FBS浓度差的环境中，其运动范围则更为集中，而且存在向更高浓度区域运动的倾向。
 




 

 




参考文献

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