使用高内涵成像分析系统做 3D 实验：3D 细胞模型篇

适用于 3D 细胞培养应用

和检测的细胞成像和分析

开发适用于化合物筛选且更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞测定法是药物发现领域的主要挑战。三维（3D）检测模型的综合性应用越来越普遍，推动了转化生物学的发展。更高复杂性的细胞模型已经得到普及，因为他们更好地模拟体内环境和对药物治疗的反应。

具体而言，3D 细胞培养物具有接近再现人体组织各个方面的优势，这些方面包括结构、细胞组织、细胞间和细胞基质间的相互作用以及更具生理相关性的扩散特性。利用 3D 细胞测定法可增加研究和筛选活动的价值，跨越 2D 细胞培养物与整个动物模型之间的转化差距。通过复制体内环境的重要参数，3D 模型可提供有关干细胞行为以及体外组织发展的独到见解。

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3D 细胞成像和分析工作流程

虽然使用 3D 细胞培养进行定量测定开发已成为了解复杂生物学极富吸引力的研究工具，但极具挑战性的 3D 细胞图像采集和分析方法阻碍了 3D 在筛选领域的普及。用于进行显微成像检测和分析的高内涵和高通量工具可提供用于评估这种复杂生物学的创新和自动化工具。

在微孔板中直接 3D 培养好的细胞或转移到一块成像微孔板内的细胞，可用化合物处理细胞，并用所选的标记物对其进行染色。对于采集操作，ImageXpress® 自动成像系统以及我们的细胞成像和分析软件能够在单个集成界面中筛选和分析这些模型，以大大缩短获得发现所需的时间。

典型 3D 细胞培养物检测的步骤

工作流程

培养细胞球

01

可以在一个超低吸附圆底板中直接培养 3D 细胞，以获得典型球形形状的细胞球。在转移至成像微孔板之前，细胞也可以在培养皿、培养瓶或其他微孔板等替代实验室器具中培养。

96 或 384 孔板

大多数用于高内涵和高通量筛选的 3D 细胞培养物都使用 96 或 384 孔微孔板培养。超低吸附 U 形/圆底微孔板可使球形形状形成细胞球，或者也可使用水凝胶模拟胞外基质（ECM），以在平底微孔板中培养细胞球。针对 ImageXpress® Micro 共聚焦高内涵成像系统的优化后细胞球细胞培养实验步骤可使用超低吸附 U 形底 96 孔和 384 孔板和可减少检测时间和最大限度降低可变性的一步式染色流程。

使用化合物处理

02

细胞球形成后，将化合物添加到孔中，随后孵育一天至几天（具体取决于所研究的机制）。一般来说，用于研究细胞凋亡的孵育持续时间较短，而用于多参数细胞毒性研究的孵育持续时间较长。对于需要较长持续时间的药物处理，要在孵育期间定期加入化合物。化合物浓度和孵育期取决于所需的实验步骤。

Molecular Devices 提供多种实验试剂，

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标记染色

03

化合物处理完成后，直接向培养基添加染色剂。可以使用无需冲洗的染色剂，以免干扰细胞球，但在必要时，可以使用自动化技术小心冲洗细胞球。

试剂盒

简单易用、可靠的检测试剂盒，适用于生命科学研究、药物的探索与发现以及生物学测定。我们的检测试剂盒已经针对我们的仪器进行了优化。在药物发现中更早地筛选更多化合物并实现对测试化合物针对细胞活性、细胞增殖和细胞形态等变化的完整浓度-反应特性的特征描述。

获取 3D 细胞图像

04

可单独捕获细胞球球体内的图像，或使用专门成像设备将其捕获为 z-stack（在不同深度处所获得的多张图像）。

高内涵成像系统

ImageXpress Micro 共聚焦高内涵成像分析系统是一种独特的共聚焦成像解决方案，一周可实现超过一百万个孔的成像。MetaXpress 软件能够采集 3D z-stacks。可单独保存 z 平面图像，或使用数字算法将其合并成单张 2D 投影图像。

分析 3D 细胞图像

05

使用细胞成像分析软件运行细胞图像定量分析，以评估和监测细胞针对不同标记物的表达情况并定量生物学读数。

高内涵成像软件

MetaXpress 高内涵图像采集和分析软件是一个多层次分析工具，适用于众多已针对 ImageXpress Micro 共聚焦系统优化的 2D 和 3D 应用。用于 3D 细胞模型的整合采集和分析应用模块可通过测量体积、强度和距离来简化 3D 结构的高通量定量。

3D 细胞模型的优势

三维（3D）细胞模型比二维培养的细胞更具生理相关性且更能代表组织微环境、细胞间相互作用以及体内发生的生物过程。现在，您可以使用 ImageXpress 系统等高内涵成像（HCI）系统来生成更具预测性的数据。

通过将高内涵图像采集和分析软件（如 MetaXpress® 软件）与 3D 分析模块相集成，ImageXpress 系统可用于对 3D 结构进行深入分析、可视化和评估。在不影响通量和数据质量的情况下满足您 3D 采集和分析的挑战性需求，更好地助力您的科学研究。

3D 癌细胞研究

癌症涉及细胞的改变，包括使细胞脱离正常限制生长和分裂，从而侵袭和破坏相邻组织，并最终转移至身体远端部位。癌细胞球远比标准 2D 细胞培养更有效地模拟肿瘤行为。此类 3D 细胞球模型已成功用于环境筛选以鉴定潜在癌症治疗方法。

癌症研究人员需要更好的研究工具，使他们能够更容易地研究复杂的、未知的癌细胞与其环境之间的相互作用，并确定癌症治疗干预点。

3D 神经细胞球

为加速开发有效和安全的药物，对适用于药物发现和毒理学筛选的更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞水平检测的需求越来越大。

我们证明，采用由人 iPSC 源性细胞形成的 3D 神经细胞球进行的功能性和形态学分析可用于评价候选药物和神经毒性评估。

心脏毒性

活细胞成像和 3D 模型可对化合物的药性和毒性提供更好的预测。我们展示了用于形成源自人 iPSC 源性细胞的 3D 细胞球的方法。

细胞外基质中的细胞

在三维空间中培养细胞的一种常用方法就是使用基于胞外基质的水凝胶，如基质胶。细胞在胞外基质（ECM）中培养以模拟体内环境。基质胶与 2D 细胞培养物之间的区别可通过它们不同的细胞形态、细胞极性和/或基因表达轻松发现。水凝胶也能够进行细胞迁移和 3D 结构形成方面的研究，如血管生成研究中的内皮细胞管形成。

细胞球

细胞球为多细胞 3D 结构，可模拟体内细胞应答和相互作用。它们具有高度可重复性，适合高内涵筛选。与 2D 单层生长的贴壁细胞相比， 3D 生长条件被认为可以更真实地反映癌细胞生长的生理环境。从这些较大的结构中采集测定值涉及到采集细胞球内不同深度（z 平面）的图像并对其进行 3D 分析，或在分析前将其整合为单张 2D 堆叠图像。

干细胞

干细胞是类原代细胞的主要来源之一， 其可用于长期研究以检测特定细胞类型和 3D 组织中的靶向应答。由于复杂生物分析和 3D 诱导多能干细胞（iPSC）来源的细胞模型能够更好地反映组织生物学和细胞之间的相互作用， 从而使它们在众多药物毒性和药物筛选实验方面受到更多的关注。

整体生物

果蝇、秀丽隐杆线虫和斑马鱼等模型系统可提供与人类生物学的相关性，而且具有基因和整个有机体表型筛选的额外优势。

由于成本和空间要求较低、代时较短以及易于基因操作，斑马鱼筛选作为哺乳动物细胞筛选的一种替代方法已受到人们的青睐。我们的斑马鱼研究使用 ImageXpress Micro 系统和 MetaXpress 软件来设置和运行自动成像筛选，以监测血管生成抑制、定量基因敲除并测定耳毒性和神经毒性。

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产品覆盖微孔板检测分析、高通量筛选、

高内涵成像、高效克隆筛选等。

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