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優(yōu)點(diǎn)
●利用環(huán)境控制對(duì)細(xì)胞健康動(dòng)力學(xué)進(jìn)行幾小時(shí)甚至幾天的監(jiān)測(cè)
●快速Z軸成像對(duì)細(xì)胞球做3-D重構(gòu)
●現(xiàn)有的培養(yǎng)板及簡(jiǎn)單的成像流程，研究腫瘤細(xì)胞球
很多腫瘤細(xì)胞系在適合的3-D培養(yǎng)基中都可以長(zhǎng)成細(xì)胞球。這些細(xì)胞球被認(rèn)為比長(zhǎng)在平面上的細(xì)胞更能模擬真正的腫瘤生理過(guò)程。將細(xì)胞球培養(yǎng)在像Cell-able Oncology這樣的微孔板里，就可以通過(guò)ImageXpress® Micro寬場(chǎng)高內(nèi)涵系統(tǒng)對(duì)抗腫瘤藥物進(jìn)行高通量的篩選了。MetaXpress®圖像采集及分析軟件能用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模塊分析腫瘤細(xì)胞球的活細(xì)胞/死細(xì)胞比例，評(píng)價(jià)細(xì)胞健康狀態(tài)或給出增值定量數(shù)據(jù)。
Cell-able Oncology微孔板形成細(xì)胞球
Cell-able Oncology微孔板經(jīng)過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）包被后，腫瘤細(xì)胞可在其100 μm寬的3-D表面上生長(zhǎng)成大小一致的細(xì)胞球，形成了可重復(fù)的，有效的藥物篩選模型。由于附著在孔底表面的ECM上，細(xì)胞球可以做免疫熒光染色及免疫細(xì)胞化學(xué)分析。96或384孔板每孔中都會(huì)長(zhǎng)成上百個(gè)細(xì)胞球，圖像捕捉系統(tǒng)將對(duì)這些細(xì)胞球在Z軸上進(jìn)行快速的多層成像，并通過(guò)特殊算法把不同層的多張圖像合并成一張最清晰的圖片，用以分析。
抗腫瘤藥物的濃度影響細(xì)胞球大小
許多腫瘤細(xì)胞系都可以用來(lái)做抗腫瘤藥物的細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)。在此文實(shí)驗(yàn)中，人類(lèi)前列腺癌細(xì)胞DU145培養(yǎng)在Cell-able 腫瘤微孔板中，每孔10,000或30,000個(gè)細(xì)胞，用紫杉醇（PTX）處理三天，加藥濃度從0.1 to到1000 nM。細(xì)胞活力用 Live/Dead Cell Viability Assay檢測(cè)，細(xì)胞核以 10 μM Hoechst 33342染色，活細(xì)胞被 2 μM Calcein AM 染色呈綠色，死細(xì)胞核被4 μM溴乙啡錠二聚體(EthD-1) 染色呈紅色。板子在37°環(huán)境下孵育30分鐘，成像前用HBSS清洗。在所有的實(shí)驗(yàn)中紫杉醇對(duì)腫瘤細(xì)胞球細(xì)胞活力的抑制作用都有濃度依賴的特點(diǎn)。在每孔30,000個(gè)細(xì)胞的孔中長(zhǎng)出的最大的細(xì)胞球?qū)ψ仙即加凶顝?qiáng)的耐藥性（圖1）。
應(yīng)用實(shí)時(shí)成像技術(shù)監(jiān)控細(xì)胞的凋亡和壞死
我們可以利用長(zhǎng)在Cell-able 腫瘤微孔板上的腫瘤細(xì)胞球模型來(lái)篩選能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生凋亡和壞死的抗腫瘤藥物。實(shí)時(shí)監(jiān)控這一過(guò)程，我們應(yīng)用紫杉醇或者卡鉑（carboplatin, CBDCA）處理人前列腺癌細(xì)胞DU145，用lapatanib處理人肺癌細(xì)胞PC9。用CellEvent Caspase-3/7綠色檢測(cè)試劑（CAS）染色可以鑒別處于早期凋亡狀態(tài)的細(xì)胞， 溴乙啡錠二聚體（EthD-1）染色則可以鑒別壞死細(xì)胞。細(xì)胞板在ImageXpress Micro系統(tǒng)環(huán)境控制箱中培養(yǎng)72小時(shí)，并用透射光和熒光進(jìn)行成像，30分鐘/次，實(shí)時(shí)圖像可以用MetaXpress 軟件進(jìn)行定量。如預(yù)期的一樣，PTX和CBDCA對(duì)DU145 細(xì)胞及l(fā)apatanib對(duì)PC9細(xì)胞均可有效的誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡及壞死（圖2）。
圖1 抗腫瘤藥物濃度對(duì)腫瘤細(xì)胞球大小的影響
上：人前列腺癌細(xì)胞球10,000細(xì)胞/孔（左），30,000細(xì)胞/孔（右）在PTX處理后細(xì)胞活力減弱。熒光Live/Dead細(xì)胞活力試劑染色，所有核均染上藍(lán)色，活細(xì)胞為綠色，死細(xì)胞為紅色。投射光圖像顯示高濃度PTX降低細(xì)胞球的活力。
下：折線圖顯示大的細(xì)胞球?qū)TX有更強(qiáng)的抗藥性
圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞凋亡和壞死
左：實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)的終點(diǎn)三色圖像顯示PTX和CBDCA處理的DU145細(xì)胞（左上）及l(fā)apatinib 處理的PC9細(xì)胞（左下）的細(xì)胞凋亡和壞死情況。疊加圖中，凋亡細(xì)胞為綠色，壞死細(xì)胞為紅色。
右：曲線圖為實(shí)時(shí)圖像的定量分析結(jié)果。PTX緩慢誘導(dǎo)DU145細(xì)胞（右上）壞死（紅線），lapatinib顯著誘導(dǎo)PC9細(xì)胞（右下）壞死（紅線）和凋亡（藍(lán)線）
3-D球細(xì)胞對(duì)于化合物的抗性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)平板細(xì)胞
用2-D方法培養(yǎng)的細(xì)胞與3-D方法培養(yǎng)的細(xì)胞相比在化學(xué)敏感性上存在很大差異。為了檢測(cè)這種敏感性的差異，我們同時(shí)用2-D和3-D的方法培養(yǎng)了人前列腺癌細(xì)胞DU-145，兩天后用0.3-1000nM的吉西他濱（gemcitabine）進(jìn)行處理。 處理72小時(shí)后用Click-iT EdU 細(xì)胞增殖試劑和DAPI染色做終點(diǎn)檢測(cè)。在這兩個(gè)參數(shù)中，劑量依賴的毒性效應(yīng)，核染色的減少以及EdU攝取量降低都很明顯，但是由于3-D細(xì)胞對(duì)化合物有抗性，所以其濃度反應(yīng)有一定變化，并且IC50值較高（圖3）。
圖3 比較傳統(tǒng)2-D培養(yǎng)與3-D培養(yǎng)
上：DU145細(xì)胞2-D和3-D培養(yǎng)的圖像，吉西他濱處理72小時(shí)后用Click-iT EdU 細(xì)胞增殖試劑染色（紅色），核用Hoechst染色（藍(lán)色）。細(xì)胞球用10X PFluor 物鏡成像，每孔兩個(gè)視野，Z軸為8 x 5 μm (= 40 μm)。
下：通過(guò)核的熒光強(qiáng)度和EdU攝取量評(píng)價(jià)濃度影響。結(jié)果表明，3-D培養(yǎng)的細(xì)胞，比起2-D培養(yǎng)的細(xì)胞，在更高的化合物濃度產(chǎn)生細(xì)胞毒性，說(shuō)明3-D培養(yǎng)使細(xì)胞對(duì)吉西他濱敏感性降低。
利用3-D細(xì)胞球篩選藥物
可以利用Cell-able 3-D 系統(tǒng)培養(yǎng)相同大小的人腫瘤細(xì)胞球模擬體內(nèi)環(huán)境，還可以利用自動(dòng)高通量技術(shù)對(duì)細(xì)胞球的藥物反應(yīng)進(jìn)行篩選，因此，高內(nèi)涵成像技術(shù)對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展化療前體藥物的相關(guān)預(yù)試來(lái)說(shuō)是重要的里程碑。 ImageXpress Micro細(xì)胞和MetaXpress軟件 可以對(duì)微孔板里的3-D細(xì)胞球進(jìn)行快速成像和分析，并在此基礎(chǔ)上檢測(cè)細(xì)胞的凋亡和壞死以及抗腫瘤藥物的細(xì)胞毒性，還能比較2-D和3-D細(xì)胞的化學(xué)敏感性的差異。
近50篇高內(nèi)涵應(yīng)用介紹：
http://www.moleculardevices.com/library/search?keywords=&types=8&product=302
