共聚焦荧光成像设备。
共聚焦荧光成像设备。(ZEISS Microscopy / Wikimedia Commons;CC BY-SA 2.0)

成像要保留细胞位置和三维信息

阿斯利康(AstraZeneca)英国团队在 American Journal of Physiology-Cell Physiology 发表综述,讨论微生理系统(microphysiological systems,MPS)成像如何服务药物发现。文章于 2020 年 12 月首次在线发表,重点是怎样从类器官和器官芯片中获取稳定、可量化且适合扩大检测规模的信息。

在含多种细胞的模型中,显微成像可分别测量不同细胞的药效或损伤反应,并保留它们所处的位置。细胞距离邻近组织、氧和营养供给的差异,可能伴随不同表型;若只把三维图像压成二维结果,这部分空间信息就可能丢失。

自动定位后,再拍摄需要的区域

作者梳理了扩大检测规模的 3 条路径:在标准板中组织多个芯片、自动寻找感兴趣区域,以及利用液滴微流控定位类器官。这些方案需要使模型形式与成像设备相互适配。

其中,智能扫描先用低倍率快速寻找样本或芯片中的目标位置,再由图像分析返回坐标,指导显微镜对这些位置进行高倍率成像。它减少了依赖人工逐个寻找视野的过程,也使非标准芯片有机会接入自动成像。

这种自动化仍需保留原有生物学特征。调整芯片形式或分析方式时,是否改变模型本身,与扫描速度是否提高同样需要考虑。

更清晰的图像也带来时间与数据负担

综述列出的困难包括三维图像采集耗时、数据量大、部分芯片不兼容自动设备,以及散射对厚样本成像的影响。荧光标记可帮助区分细胞和亚细胞结构,但标记本身也可能干扰生物过程,共聚焦活细胞成像还需考虑光损伤。

无标记方法能够支持活体和连续观察,但特定蛋白或细胞状态的识别仍受到选择性限制。文章因此把成像、数据分析与模型设计放在一起讨论:服务药物筛选的检测指标,既要能解释细胞反应,也要在实际检测规模下稳定获得。

来源与延伸阅读

  1. Imaging microphysiological systems: a review. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 2020. doi:10.1152/ajpcell.00186.2020 ↗