高内涵筛选系统，窥视细胞的利器

高内涵筛选系统，窥视细胞的利器

生物通报道：高内涵筛选（HCS）系统可以说是自动化的高分辨率显微镜，这一系统可以对细胞形态或生化特性所发生的改变进行高通量分析。现在，高内涵筛选系统已经成为基础科学和药物研发领域中的一个重要工具。

在自动化HCS的帮助下，制药公司能够快速筛选大型的化合物文库，而这也是新药研发过程中的一个必要步骤。HCS系统也可以帮助肿瘤学、神经科学、干细胞等研究领域的科学家们，快速量化各种药物或治疗方式对细胞产生的影响。（延伸阅读：2013年细胞分析文章精选）

随着技术的不断发展，HCS系统正在变得更迅速、更灵活也更为灵敏。本文简单介绍了市面上一些常见的HCS系统，这些设备各自拥有不同的特点。

简便而灵活

许多实验室为了降低成本或者节省空间，倾向于购买支持多种应用的多功能设备。而Molecular Devices公司的ImageXpress® Micro XLS高内涵成像系统就符合这样的要求，这款设备既可以满足筛选分析，也可以作为研究型显微镜使用。

据Molecular Devices公司的Jenny Hsu介绍，这款高内涵成像系统可以用于“活细胞毒性筛选、创伤愈合、神经突触生长、3D癌细胞球成像、小生物筛选（包括斑马鱼、线虫和果蝇胚胎）、以及抗体筛选。”作为一个自动化的高通量成像系统，ImageXpress® Micro XLS每天可对多达二十万个孔进行成像。研究人员可以将其用来检测关键通路中的靶标、筛选大型文库、或者对固定/活细胞进行表型分析。

MetaXpress®分析软件是ImageXpress Micro XLS的一个关键组分。该软件的Turnkey应用模块，能够简单完成更多常见的分析任务。当然，用户也可以建立自定义的分析模块和宏命令。不过，使用这一软件不需要任何的编程经验，Hsu说。“不论用户是否具有图像处理知识，这种软件都很适用。”

边运行边分析

Nikon公司推出的高内涵显微系统，将Eclipse Ti显微镜与NIS-Elements HC（高内涵）软件结合起来。据介绍，这一系统允许用户在实验进行的同时，改变数据获取计划或参数设置。这样用户就不会等到实验结束后才发现，本应采取另一种数据获取方式。“这种能力允许用户在程序运行的过程中，即时审查生成的数据，”Nikon 公司的Ned Jastromb介绍到。

Jastromb将Nikon的HCS系统描述为“共享型仪器平台的终极解决方案”，因为该系统支持宽场、共聚焦、活细胞和固定细胞的成像模式。这一系统不仅可以用于小规模的研发实验，还能支持大规模的筛选分析。用户可以直接在这两类实验之间切换，无须改变聚焦方法、波长、滤光片和相机设置等参数。

据Jastromb介绍，还有一种特质让Nikon HCS系统特别适合于共享型仪器平台，“多种聚焦装置和选件让Nikon HC系统不需要事先知道平板的类型和实验的设计”。

Nikon的NIS-Elements软件提供有大量的内置工具，包括管理图片和分析数据的“Plate View”。另外，这一软件也允许研究者们建立自己的分析策略，来解读特定的实验参数。 “这一系统所产生的每张图片，都含有全部的研究参数”， Jastromb说。该软件还有一个更为实用的功能，可以将结果或实验情况以文本或邮件形式发送给使用者。

 

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多样化的需求

一些实验室很了解自己要从高内涵成像中获得什么，不想去购买可能永远也用不到的性能。为了满足这些多样化的需求，GE公司开发了一系列HCS产品。例如，该公司最简单的Cytell细胞成像系统是就像一个平板电脑。“很适合那些只需要进行例行分析的用户，例如细胞计数、细胞活力分析等等。这是一款入门级的简单系统，”GE公司的Nick Thomas说。

GE公司的IN Cell分析系统比较复杂，可以为用户提供更强的分析能力和灵活性，适合那些有经验的高端客户。不过IN Cell系列也包括有不同的产品，以迎合不同用户的需要。举例来说，IN Cell Analyzer 2200和Cytell细胞成像系统都是带四色荧光的宽场成像设备。而IN Cell Analyzer 6000则是一款以激光为光源的可变光阑线扫描共聚焦设备，拥有专利的光学系统，成像完全可调。这一系统“可以根据用户和实验的需要进行配置，优化不同颜色通道的共聚焦能力，”Thomas说。

更高的灵敏度

2014年1月，PerkinElmer推出了被称为Opera Phenix™的共聚焦HCS系统。这款设备的设计旨在令速度最大化，同时不牺牲系统的灵敏度。

Phenix依赖于PerkinElmer的专利技术Synchony™ Optics，该技术可以控制荧光素的激发，从而减少荧光信号之间的干扰。“独特的共聚焦设计外加自动化的水浸式物镜，可以有效实现3D微组织的光学分层成像。该系统的大视野和同时成像四个通道的能力，有助于表型分析或罕见事件的检测，”PerkinElmer公司的Jacob Tesdorpf说。

对于HCS系统来说，在获取数据的同时进行数据分析会限制检测的灵敏度，不过这样能够节省筛选的时间。有时光谱重叠会导致不同的荧光素发生相互干扰，从而限制整个系统的灵敏度。举例来说，一些荧光素（如DNA染料DAPI和Hoecht）的发射光谱较宽，会与绿色荧光蛋白发生光谱重叠，限制了核转位分析等实验的灵敏度。据Tesdorpf介绍，Phenix的Synchrony Optics能够分开这些荧光素的激发和发射路径，在进行多通道同时共聚焦成像时将窜扰减少98%。

在HCS技术的帮助下，人们可以将更接近生理条件的疾病模型应用到药物筛选中去。如果前期未能及时发现候选药物的副作用，药物的开发成本就会大大提升。因此，研究者们一直在寻求更合适药物筛选的模型和方法，例如3D细胞培养物、微组织和干细胞培养物等。“原代细胞或诱导多能干细胞模型，需要筛选系统拥有很强的检测和表型鉴别能力，”Tesdorpf说。

 

（Caitlin Smith撰写/叶予编译）