利用3D打印细胞培养平台实现单细胞药物反应的无标记纵向成像

《Analytical Chemistry》：Label-Free Longitudinal Imaging of Single Cell Drug Response with a 3D-Printed Cell Culture Platform

单细胞异质性分析中，传统荧光筛选受限于光谱重叠、荧光剂体积及光毒性。本研究采用刺激拉曼散射显微术（SRS），开发低成本3D打印细胞培养平台，支持实时药物递送与24小时连续成像，显著降低光损伤。通过构建化学与形态学特征联合分析流程，实现复杂细胞群中药物诱导单细胞响应轨迹的动态追踪，为高通量药效学测试及个性化医疗提供新工具。

　　

基于图像的表型筛选已成为揭示临床前药物发现中单细胞异质性和动态表型反应的强大工具。与传统静态终点检测方法相比，活细胞纵向成像能够捕捉单个细胞的时间轨迹，包括短暂的形态变化、运动模式转变以及不同亚群的行为，从而实现高信息含量的特征分析，并更准确地预测治疗结果。基于荧光的筛选方法虽然具有高度特异性，但在活细胞实验中受到光谱重叠（限制多通道检测至六个以下）、体积较大的荧光染料可能干扰小分子相互作用，以及重复激发导致的光漂白或光毒性的限制。受激拉曼散射（SRS）显微镜通过提供无标记的定量化学对比度和形态学信息，克服了这些障碍。在这里，我们介绍了一种低成本、3D打印的细胞培养平台，该平台符合SRS显微镜严格的光学要求。该装置能够实现实时药物递送，并在24小时的时间延迟成像过程中持续监测活细胞的生物化学和形态学变化，同时将光损伤降至最低。我们概述了一种处理流程，用于从纵向SRS图像中提取单个活细胞的化学和形态学特征。利用这一系统，我们展示了时间延迟SRS显微镜作为一种工具，可以随时间绘制药物诱导的单细胞异质性反应图谱，从而识别复杂细胞群体中的不同变化轨迹。通过将多孔孔板灌注技术与无标记化学成像技术相结合，我们的方法为高通量药效学检测提供了途径，加速了表型筛选和个性化医疗的发展。