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活細胞成像 失敗原因與成功訣竅

閱讀:333      發布時間:2024-6-3
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活細胞成像 失敗原因與成功訣竅

近年來,致力于活細胞成像(Live Cell Imaging *又被稱為活細胞成像、延時拍攝成像)的研究人員不斷增加。因為這種方式無需固定細胞,可觀察細胞原始結構變化。但是,以活細胞為對象的觀察難度高,會耗費很長的觀察時間,經常會有研究者因此失敗。

為此,我們特意面向備受活細胞成像失敗困擾及今后要開展相關實驗的人士,匯總了常見的3大失敗事例及其對策,現介紹如下。

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  • 活細胞成像的失敗事例1:細胞衰弱

  •  

  • 活細胞成像的失敗事例2:焦點模糊

  •  

  • 活細胞成像的失敗事例3:細胞逃離視野

  •  

  • 使活細胞成像實驗效率大幅提高的方法


活細胞成像的失敗事例1:細胞衰弱

在活細胞成像期間或結束后查看細胞的情況,經常會發現細胞從中途開始衰弱、細胞死亡、細胞變為意想不到的狀態等現象。導致這些現象的原因可分為以下幾種。

【原因1】光毒性對細胞造成了損傷

熒光觀察時,激發光的波長越短或光照越強,對細胞造成的損傷也就越大。這就是所謂的“光毒性*1",不僅會導致細胞因受損而衰弱、死亡,還有可能會造成出乎意料的影響。

對策

  1. *1:光毒性:通常指照射的光造成的損傷,但是在熒光觀察時,指細胞產生的活性氧使周圍的細胞遭受損傷。

  2. *2:增益:對相機接收的信號進行放大。放大程度越高(調高增益),顯示的畫面越明亮。雖然像素數不會變,但是會產生噪點。

  3. *3:Binning:虛擬地結合周圍的像素,放大單位像素接收的光信號的功能。噪點較調高增益時更少,但是像素數會減少。

【原因2】沒有穩定供給合適的環境

多數細胞都喜歡與生物體內相同的環境。以人類細胞為例,在培養室及培養用恒溫箱中,基本上都需要滿足溫度37℃、二氧化碳濃度5%、濕度95%以上的條件。如果沒有穩定供給這一條件,細胞就會衰弱,很難獲得準確數據。

對策

【原因3】菌、污染造成的影響

有的細胞容易受容器上附著的菌、污染物的影響。此外,移液管等實驗用器械可能也會導致支原體污染*4、交叉培養污染 *5

  • 對策


  1. *4:支原體污染:由支原體引起的感染。在細胞株被污染的眾多原因中,是極為普遍的現象之一。

  2. *5:交叉培養污染:正在操作中的細胞混入其他細胞。多為器械原因混入。

活細胞成像的失敗事例2:焦點模糊

耗時許久的實驗終于結束,一看得到的數據,卻發現焦點從中途就模糊了。這種現象是較多的失敗事例之一。許多研究者都經歷過這種失敗,但只要理解其中的原因,其實是可以主動避免的。

【原因1】溫度漂移*7導致細胞移動,設定出錯

如果在接通裝置電源后馬上進行拍攝設定,焦點在設定期間可能就會發生偏移。這是因為接通電源后的一段時間內,容器內的培養液會發生對流,細胞也會移動。觀察設備等也會因溫度變化而出現一定的膨脹現象,使焦點發生偏移。在觀察漂浮細胞、粘附細胞時,都需要注意拍攝設定中與拍攝中的溫度偏差。

  • 對策


  1. *7:溫度漂移:溫度變化導致漂浮的細胞運動的現象、因裝置自身的膨脹使對焦位置錯開的現象。

【原因2】分裂時細胞運動

活著的細胞在分裂時尤其會朝上下方向(Z方向)運動。因此,如果在分裂的瞬間用高倍率進行單次自動對焦拍攝,焦點會發生偏移。

對策

在活細胞成像中采取上述預防措施,可切實防止焦點偏移。此時,為了盡量縮短照射激發光的時間,盡量縮小自動對焦及Z棧的設定范圍*9也是非常關鍵的。

  1. *8:景深:表示對焦的范圍。一般NA越高景深越淺。

  2. *9:Z棧的設定范圍:Z棧是對不同的Z位置數據進行多張拍攝的功能。拍攝范圍越大移動步徑越小,可獲得的信息越多,但是細胞的損傷也相應地增加,因此希望以盡可能少的張數進行設定。

活細胞成像的失敗事例3:細胞逃離視野

實驗后觀看數據時,有時會發現細胞已經中途移到了視野范圍外。要是細胞在目標現象尚未完成時發生了移動,就只能重做實驗。

【原因】細胞動了

實驗時間越長,細胞逃離視野范圍的可能性越高。只要細胞是活著的,就無法避免這一問題。相信大家都在各類論文中讀到過觀察細胞細節的數據。其中的絕大多數,都是通過高倍率反復進行多次拍攝后獲得的結果,需要耗費大量的時間和精力。

要切實避免失敗,較好的方法就是一次性拍攝多點,或者是讓視野追隨移動的細胞進行拍攝。

對策

低倍率觀察時視野較大,細胞不易逃離視野,可切實捕捉細胞。但使用低倍率,卻無法觀察細胞的細節。曝光時間也會變長,如觀察對象在拍攝期間運動,圖像也可能會發生抖動*10,故請注意。

  1. *10:曝光時間和圖像抖動:調弱激發光,曝光時間自然變長。如果在打開快門期間細胞動了,圖像就會抖動。要防止這種現象,使用高靈敏度的相機是一種有效的辦法。

使活細胞成像實驗效率大幅提升的方法

一直以來,要獲得更好的研究成果,就必須重復進行更多次的實驗,獲取更多的信息。但是活細胞成像實驗的單次耗時很長,多次重復會耗費大量的時間。特別理想的狀態,就是能夠在單次實驗中獲取盡可能多的信息。

基恩士的一體化熒光顯微成像系統“BZ-X800系列",能夠解決活細胞成像“單次實驗可獲得的信息量"問題。可一次性獲取2倍、4倍、20倍等不同條件下最多999個點的數據。設定操作也很簡單,可縮短過去用于系統準備及使用者培訓的時間。


熒光顯微成像系統 產品目錄

有關新型一體化熒光顯微成像系統BZ-X800的詳情,請參閱產品目錄。

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BZ-X800E 不需要暗室的一體化熒光顯微成像系統 應用案例集 VOL.5

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