空间成像技术:解锁组织微观世界的“空间密码”

2026-01-26 09:46:02, 赛默飞生命科学 赛默飞世尔科技生命科学产品


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在传统的生物学研究中,我们往往只能回答“是什么”,却难以回答“在哪里”和“细胞之间如何相互作用”。随着多重荧光成像技术的飞速发展,空间生物学相关的研究正在发生根本性的改变。

空间生物学是探究生物分子和细胞在其天然组织环境中空间分布与功能的综合性研究。通过结合成像技术、分子特征分析以及计算分析,空间生物学能够揭示组织结构、细胞间相互作用、细胞邻域以及组织微环境等关键信息。



什么是空间成像技术?



空间成像是一类能够在保留完整组织结构的前提下,对蛋白质、基因、代谢物等生物分子进行高分辨率定位与可视化的技术。它不仅告诉我们细胞中存在什么,更能揭示它们在组织中的精确位置、分布模式及其与周围环境的相互作用



为什么需要空间成像技术?



在肿瘤免疫、神经科学、病理学等领域,空间生物学信息已成为理解疾病发病机制、发现新靶点、推动精准医疗的关键。

  • 肿瘤微环境分析:揭示免疫细胞是否浸润肿瘤、检查点分子的表达位置、是否存在三级淋巴结构等

  • 脑科学研究:解析神经环路、大脑皮层分层与疾病相关的空间变化

  • 病理诊断升级:在形态学基础上融入多参数分子信息,实现更精准的诊断与分型



两种主流荧光成像技术路径



光谱成像(如EVOS S1000空间成像系统)

  • 单次染色、单次成像,支持6–9重标记

  • 实验流程快、组织损伤小、适合转化研究

循环成像(如PhenoCycler、t-CyCIF)

  • 通过多轮“染色-成像-洗脱”实现20+重标记

  • 适合高复杂度探索性研究,但流程更长、数据处理挑战更大



如何开展空间成像实验?



成功的空间成像实验离不开实验方案设计与系统优化:

  • 样本制备标准化:控制固定、切片、抗原修复等环节

  • 抗体与染料验证:确保特异性与信号强度

  • 图像采集与光谱解析:使用高保真成像系统,如EVOS S1000支持9色同步采集与实时光谱拆分

  • 智能分析平台:结合HALO等软件实现细胞分割、表型分析与空间统计



中通量荧光成像技术:平衡多重性与实用性



高通量成像技术虽强,但流程复杂、实验成本高;低通量则一次实验获得的信息有限。中通量成像(如5–9标)正成为越来越多实验室的选择:它既能捕捉足够的生物学复杂性,又具备良好的可重复性、操作简便性与成本效益



应用实例展示



下面展示了空间成像技术在结肠癌、脑肿瘤、乳腺癌等研究领域中的应用,通过多色荧光成像揭示了不同肿瘤组织中细胞亚群的空间分布、免疫浸润模式及肿瘤微环境的异质性,为疾病靶点发现与临床转化提供详细而可靠的数据支持。

结肠腺癌肿瘤微环境研究

脑肿瘤微环境相关研究

乳腺癌相关研究



未来已来:空间生物学重塑科研与临床



空间成像不仅是技术的升级,更是研究范式的转变——从“看成分”走向“看系统”,从“静态分析”迈向“空间动态”。它正在推动:

  • 更深入地理解细胞间的相互关系

  • 更精准地阐释组织微环境和疾病机制研究

  • 更高效的生物标志物发现

迈向空间生物学时代,

你需要一个可靠的工具伙伴。

Invitrogen™ EVOS™ S1000 空间成像分析系统可快速完成空间生物学成像流程,进行多样本、多通道、同步光谱解析成像分析。

技术优势

  • 快速:一小时内即可完成1cm2大小组织的多达9重标记的图像采集(20x)

  • 多功能成像:多重荧光,透射明场,相差和彩色明场成像

  • 高灵敏度:使用420万像素分辨率,16bit sCMOS相机检测组织内复杂的多重染色模式

  • 灵活的放大倍率:5孔位物镜转换器可灵活搭载 2.5x ~ 40x高性能物镜

  • 高效:全自动功能更有助于轻松采集图像

  • 简单易用:直观的软件设计,从图像采集到向导式分析模块都非常清晰简洁,初学者也可轻松掌控



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