高內涵成像分析技術在腫瘤學研究中的應用綜述

        惡性腫瘤作為全球較大的公共衛生問題之一，極大地危害人類的健康，并將成為新世紀人類的第一殺手。深入研究腫瘤學的發病機制，進一步尋找有效、低毒、的新型抗腫瘤藥物已是各大科研機構及藥物研發企業的一項首要任務。

        為滿足生命科學及藥物研發的快速發展，高內涵成像分析技術作為一項新技術平臺，在保證自動化、高效率和高通量的前提下，結合日趨成熟的顯微成像技術，以自動快速捕獲包括小型模式動物、細胞及亞細胞結構的各種生物學現象，并結合專門的圖像分析系統和生物信息學軟件，提供全自動、高通量的圖像獲取及分析完全解決方案。高內涵成像分析技術為腫瘤學的研究及抗腫瘤藥物的研發，提供了一個全新的、集高分辨率、智能化、自動化、海量數據為一體的高通量篩選評價平臺[表1]。

表1 高內涵成像成像分析系統在腫瘤細胞研究中的應用

        與傳統Plate Reader讀板機相比，高內涵成像系統可通過透射光/相差成像的方式，檢測腫瘤細胞增殖、毒性、克隆/集落形成，并可在無標記、完整細胞狀態下提供多參數、實時的數據。

圖 1 對無標記細胞通過投射光相差成像( 左)，并通過軟件對其進行定量分析（右）

        在腫瘤學研究及治療過程中，監控細胞周期及凋亡的狀態是一個非常重要的指標。 與傳統的檢測方法相比，如流式細胞FACS，全自動高內涵成像分析系統可對原位（無需消化懸浮處理）細胞進行全自動成像，并完成單個細胞水平的多參數分析。且比流式細胞儀提供了更適合高通量篩選的原位（無需消化處理細胞）細胞分析平臺[Ref 1]。

        高內涵成像分析系統對腫瘤細胞的黏附能力、遷移能力、侵襲能力及浸潤性等檢測指標的檢測，也提供了更智能化的解決方案，如通過3D細胞培養，檢測腫瘤細胞在XYZ三個維度的遷移能力[圖2]。

圖2. 使用ImageXpress Micro高內涵成像分析系統，對不同濃度處理條件下細胞松弛素（Cytochalasin D）對3D培養的HT-1080細胞遷移能力的影響。

        通過抑制腫瘤新生血管生成，從而持續抑制腫瘤細胞的生長和轉移，已經成為腫瘤學領域中的一個嶄新的方向。血管生長分析是一種基于圖像形態學的分析，MetaXpress軟件針對血管生長開發有獨特的血管生成分析模塊（Angiogenesis），可對血管的特殊形態進行定量分析[圖3左]。考慮到血管生成過程中，樣品面不平或血管本身會垂直生長，MetaXpress軟件可控制硬件系統采用Z軸多層成像的方式，獲得三維的血管生長的完整信息[圖3右]。

圖 3. MeXpress軟件血管生成模塊分析（左），Z軸多層成像及圖像處理（右）

        ImageXPress高內涵成像分析系統集成了光學顯微高分辨率成像（1-100x物鏡）、自動化及智能化軟件，對于需要整體或高分辨成像的篩選模型，如亞細胞結構、轉位/共定位實驗、信號通路研究、活細胞實時觀察、細胞異質性研究及切片等[圖4]。

 圖4. ImageXpress 5000高內涵分析系統用于評價TNFa誘導的NF-kB轉位情況

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

圖4.ImageXpress Micro高內涵分析系統用于腫瘤細胞異質性研究

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

        高內涵成像分析系統為腫瘤學的研究提供了一個全新的、自動化、高質量的檢測分析平臺。Molecular Diveces公司研發的ImageXpress高內涵成像分析系統提供了從自動化圖像獲取、自能化圖像分析及海量數據挖掘為一體的高內涵系統完全解決方案，以滿足各種研究領域及研究方向的日益增長的研發需求。