高内涵成像分析技术在肿瘤学研究中的应用综述

        恶性肿瘤作为全球较大的公共卫生问题之一，极大地危害人类的健康，并将成为新世纪人类的第一杀手。深入研究肿瘤学的发病机制，进一步寻找有效、低毒、的新型抗肿瘤药物已是各大科研机构及药物研发企业的一项首要任务。

        为满足生命科学及药物研发的快速发展，高内涵成像分析技术作为一项新技术平台，在保证自动化、高效率和高通量的前提下，结合日趋成熟的显微成像技术，以自动快速捕获包括小型模式动物、细胞及亚细胞结构的各种生物学现象，并结合专门的图像分析系统和生物信息学软件，提供全自动、高通量的图像获取及分析完全解决方案。高内涵成像分析技术为肿瘤学的研究及抗肿瘤药物的研发，提供了一个全新的、集高分辨率、智能化、自动化、海量数据为一体的高通量筛选评价平台[表1]。

 

表1 高内涵成像成像分析系统在肿瘤细胞研究中的应用

        与传统Plate Reader读板机相比，高内涵成像系统可通过透射光/相差成像的方式，检测肿瘤细胞增殖、毒性、克隆/集落形成，并可在无标记、完整细胞状态下提供多参数、实时的数据。

 

图 1 对无标记细胞通过投射光相差成像( 左)，并通过软件对其进行定量分析（右）

        在肿瘤学研究及治疗过程中，监控细胞周期及凋亡的状态是一个非常重要的指标。 与传统的检测方法相比，如流式细胞FACS，全自动高内涵成像分析系统可对原位（无需消化悬浮处理）细胞进行全自动成像，并完成单个细胞水平的多参数分析。且比流式细胞仪提供了更适合高通量筛选的原位（无需消化处理细胞）细胞分析平台[Ref 1]。

        高内涵成像分析系统对肿瘤细胞的黏附能力、迁移能力、侵袭能力及浸润性等检测指标的检测，也提供了更智能化的解决方案，如通过3D细胞培养，检测肿瘤细胞在XYZ三个维度的迁移能力[图2]。

图2. 使用ImageXpress Micro高内涵成像分析系统，对不同浓度处理条件下细胞松弛素（Cytochalasin D）对3D培养的HT-1080细胞迁移能力的影响。

        通过抑制肿瘤新生血管生成，从而持续抑制肿瘤细胞的生长和转移，已经成为肿瘤学领域中的一个崭新的方向。血管生长分析是一种基于图像形态学的分析，MetaXpress软件针对血管生长开发有独特的血管生成分析模块（Angiogenesis），可对血管的特殊形态进行定量分析[图3左]。考虑到血管生成过程中，样品面不平或血管本身会垂直生长，MetaXpress软件可控制硬件系统采用Z轴多层成像的方式，获得三维的血管生长的完整信息[图3右]。

 

 

图 3. MeXpress软件血管生成模块分析（左），Z轴多层成像及图像处理（右）

 

        ImageXPress高内涵成像分析系统集成了光学显微高分辨率成像（1-100x物镜）、自动化及智能化软件，对于需要整体或高分辨成像的筛选模型，如亚细胞结构、转位/共定位实验、信号通路研究、活细胞实时观察、细胞异质性研究及切片等[图4]。

 

 图4. ImageXpress 5000高内涵分析系统用于评价TNFa诱导的NF-kB转位情况

 

[ref: Mol Pharmacol 74:654–661, 2008, Andrea L. Kasinski, Yuhong Du, Haian Fu, et. al.]

 

 

图4.ImageXpress Micro高内涵分析系统用于肿瘤细胞异质性研究

 

[ref: Nature2009. 461(7263): p. 520-3. Snijder, B., et al.]

 

        高内涵成像分析系统为肿瘤学的研究提供了一个全新的、自动化、高质量的检测分析平台。Molecular Diveces公司研发的ImageXpress高内涵成像分析系统提供了从自动化图像获取、自能化图像分析及海量数据挖掘为一体的高内涵系统完全解决方案，以满足各种研究领域及研究方向的日益增长的研发需求。