显微之下，探索无限：先进成像技术引领类器官研究新纪元！

二维（2D）细胞培养系统因其相对成本低廉且易于研究而被广泛用于各种生物研究。然而，越来越多的证据表明，三维（3D）细胞模型能够比2D细胞培养系统更准确地代表真实的细胞环境。

类器官是从人类干细胞衍生的特定器官的3D细胞模型。它们旨在模仿人类器官的功能和结构，能更准确地复制人体内的微环境，包括细胞间的相互作用、细胞-基质交互作用以及更为复杂的细胞信号传导网络。这种模型为研究肿瘤异质性、探索新药作用机制、评估药物效果提供了新的视角和工具。通过使用来自特定患者的肿瘤细胞培养类器官，研究人员可以更深入地研究癌症的个体差异，为精准医疗和个性化治疗策略的制定提供依据。

成像技术的进步为研究人员提供了观察类器官微观结构和细胞行为的强大工具，捕捉到细胞内部的动态过程，包括细胞间的相互作用、信号传导路径的激活，以及药物作用的即时效果。今天的文章带大家了解如何使用高内涵成像系统对类器官和3D细胞球进行成像和分析。

实验1：类器官活力测定

成像实验

用DMSO和不同浓度的Cisplatin（10、20 和40 μM）处理患者来源的结直肠癌 (CRC) 类器官样本。用Calcein AM（Life Technologies，C3099）和Ethidium Homodimer-1（EthD-1；LifeTechnologies，E1169）染色。使用4X LWD高NA物镜对类器官和球体样品进行成像。使用EGFP 光立方（Ex470/30、Em530/50）和 RFP 光方体（EX530/40、Em605/55）进行Z-stack成像。

活力分析

类器官具有多个焦平面，这使得获取多个类器官的聚焦图像变得困难。对于单个类器官的活/死细胞活力，需要不同的分析策略，因为类器官中的单个细胞不以单个活/死状态存在。为了解决这个问题，我们利用CELENA®X高内涵成像系统的焦点合并软件模块，从多通道荧光中获取z轴堆栈图像。

Cisplatin处理的CRC类器官样品在5个不同的焦平面上成像。然后使用“MergeFocus”模块处理图像以合并5个不同的焦平面（图 1）。

图1. 对 5 个不同焦平面拍摄的图像进行处理以创建合并图像。

分析合并的图像以评估类器官的活力。该策略是比较来自类器官的 Calcein AM 和 EthD-1 信号。Calcein AM通过活细胞中的酯酶活性产生强烈的绿色荧光信号，而EthD-1是死细胞特异性的红色荧光染料。通过比较绿色和红色荧光信号来测量类器官的活力。

“ImageMathOverlay”模块叠加从GFP和RFP通道获得的图像。

“IdentifyPrimaryObjects”识别所有表达荧光信号的物体。

“MeasureObjectIntensity”和“MeasureObjectSizeShape”模块对物体的强度和大小进行量化。

表1. 使用 CELENA® X Cell Analyzer 软件评估细胞周期的流程说明。

显示绿色和红色信号的彩色合成图像是使用“GrayToColor”模块制作的（图 2B）。分析数据显示，随着Cisplatin浓度的升高，Calcein AM 信号减弱，而 EthD-1 信号增强（图 2、A 和 B）。

图2. (A) 该图显示 GFP 和 RFP 的归一化强度。(B) 使用 CELENA® X 系统获取的图像显示绿色和红色荧光的变化。

实验2：球状体生长测定

01 成像

将HeLa细胞接种在 96 孔圆底板上制备球状体样品，密度为 0.5、1、5 X 10,000个细胞/孔。对准备好的样品在14天（第1、4、6、7、8、11、13 和 14 天）内进行明场4倍物镜成像。使用 CELENA® X Cell Analyzer软件分析获取的图像。

02 分析

通过测量球状体样本的面积、主轴长度和周长来评估不同种板密度下的球状体生长。

“EnhanceOrSuppressFeatures”模块将球状体样本与背景区分开来。

“Invert”模块反转明亮和暗淡区域。

“IdentifyPrimaryObjects”模块识别球状体。

“MeasureObjectSizeShape”模块测量识别对象的大小，选择面积、主轴长度和周长作为测量参数。

“OverlayOutlines”模块显示球状体周围轮廓的明场图像。

表2. 使用 CELENA® X Cell Analyzer 软件评估球体生长的流程说明。

使用 CELENA® X 高内涵成像系统对HeLa细胞的生长和形态进行14天的成像（图 3A）。这些图像用于测量球体的面积、长轴长度和周长。生长曲线显示，球体的尺寸根据不同的接种密度而变化（图3B）。

图3. (A) 蒙太奇显示不同接种密度下球体随时间的生长情况。(B) 显示球体面积、长轴长度和周长的图表。接种密度越大，球体具有更大的尺寸。

结论

在前述研究中，我们详细展示了如何借助CELENA®X高内涵成像系统对3D细胞模型进行深入分析。通过高通量成像技术，结合对类器官活性和球状体生长的精准测量，建立了一种既可重复又定量的研究3D细胞模型的方法。这一方法论的建立，为生物学和医学研究提供了一个强大的工具，特别是在药物筛选和疾病模型构建等领域。

特别值得一提的是，成像系统中的‘MergeFocus’模块在分析3D细胞模型的Z-stack图像时展现出了极高的效率。该模块能够智能地对焦，从而在单一图像中清晰呈现3D细胞模型的多个层面，极大地提升了图像分析和数据解读的准确性。

综上所述，CELENA® X高内涵成像系统与CELENA® X细胞分析软件的结合使用，不仅极大地提升了3D细胞模型的成像质量，还提供了强大的分析能力，为科研人员探索生命科学领域的新知识、新发现提供了坚实的技术支持。这种成像和分析的综合能力，无疑将为未来的生物医学研究开辟新的道路，推动科学的发展和创新。

产品介绍

CELENA®X拥有基于图像和激光的自动对焦模块，以及全电动的XYZ移动载物台，大大简化了多孔板扫描以及切片扫描的时间。无论简单的固定细胞分析还是复杂的、延时活细胞分析，强大而灵活的软件都可以让你建立高级图像分析程序，用来定量分析固定细胞和活细胞的特征。CELENA®X是药物发现与生命科学研究的有利工具。

自动化成像系统

01 四种成像模式

4通道荧光、明场、彩色明场、相差成像。

02 全自动的孔板扫描

全自动的孔板扫描，电动XYZ载物台，自动的光源、荧光通道和物镜切换。

03 基于激光的快速自动对焦

除了基于图像的自动聚焦还支持基于激光的快速和可重复的自动聚焦，减少光毒性和光漂白，加快拍摄速度。

04 强大易用的采集和分析软件

简单直观的成像protocol设置，与分析流程无缝衔接。

05 自定义的高内涵分析

自定义的高内涵分析流程，基于表型批量分析多通道成像图片。

06 支持活细胞成像

载物台孵育系统适适用于各种生理或非生理条件下的成像实验。

07 多种配件可选

多种适配器：

显微玻片、腔室玻片、各种规格培养瓶、培养皿、6-1536多孔板。

多种物镜：

1.25-100x放大倍数的空气镜或油镜可选。

可置换荧光光立方：

12种不同波段的光立方，覆盖市面上常见的荧光染料的波长，支持特殊波段光立方定制，用户可在实验室自主完成滤镜更换。

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