2021年5月19日,

观察3D细胞培养过程

用THUNDER成像仪3D细胞培养在“液-气界面”拍摄的肺器官。这些细胞来源于转基因小鼠，因此不同的荧光代表了各自细胞的分化程度(叠加)。图像采集在培养开始后第21天进行。参考文献:P. Kanrai, MPI-HLR Bad Nauheim。Lung-Organoid_Transgenic-mice.jpg

3D细胞培养，如类器官和球状体，可以深入了解细胞及其与微环境的相互作用。这些3D细胞培养对研究人员研究新型癌症疗法、治疗阿尔茨海默氏症的药物，或研究癌症患者化疗效率的个性化微流体起着越来越重要的作用。有了一种新的成像系统，现在可以更容易地在细胞水平上实时检查3D细胞培养过程。对于三维样品的显微成像，有多种选择，如共聚焦显微镜或光片显微镜。

介绍

旧的实验技术通常包括在工作流程的最后成像，因为类器官或球状体需要从培养环境中移除。这种对细胞环境的操纵往往会导致样品材料的丢失或三维结构的变形，而且非常繁琐。这意味着3D细胞培养物只有在最终形成时才能被观察到。成像作为一个端点测量潜在的损伤样本可能是一个痛苦的沮丧的经验。轻柔地处理样本以保持其自然生长和细胞相互作用对理解疾病的机制非常重要。为了观察3D细胞在生长过程中，显微镜必须适应样品，并提供适合培养的环境。在这种情况下，成像不应影响或干扰进一步发展。成像后，3D细胞培养应继续发展。除了样品处理过程中的低机械应力外，这还需要使用低光强度和短曝光时间的低光应力。

与雷声成像仪徕卡微系统提供的解188金宝搏的网址决方案，在处理、速度和低光毒性方面保留了广角显微镜的良好特性。仪器的应用范围进一步扩大到三维样品。在传统的广角显微镜下，较厚的样品中典型的“浑浊”影响了细节的观察。

THUNDER的成像仪配备了计算清除技术。这种创新的图像处理技术可以实时有效地消除焦平面外的失焦模糊。通过计算清除的图像揭示了生命的细节，即使是在一个完整的活体样本的深处，这些细节也很容易被识别。通过结合灵活的照明技术、高分辨率光学、稳定的环境控制和新颖的图像处理技术，THUNDER Imagers是直观的、面向工作流的3D细胞培养解决方案。

肺类器官的治疗和再生潜力

目前正在开展研究，以调查不同细胞类型的祖细胞对急性和慢性肺部疾病(如流感)的治疗潜力。以已建立的转基因小鼠模型为基础，分离特殊细胞与骨髓源性细胞共培养(可同时培养不同细胞类型的复杂模型系统)。研究的重点是在分子水平上描述细胞间的通讯，以及转录变化。目的是鉴定导致肺细胞从2型转分化为1型(主要负责肺内气体交换)的关键分子。这种机制通常是由感染触发的，但目前还没有详细了解。从长远来看，这项研究应该能够开发出一种个性化的治疗形式，例如帮助肺部感染后的患者，并让受损的肺组织再生。

肺类器官的培养可能是复杂的。肺细胞只在空气-液体界面产生，类似于人体。在本研究中，使用了12孔板容纳营养介质和多孔膜插入。在这些插入物上，所需的3D细胞培养物在从基质到空气的转变过程中发展起来。由于不同的介质和折射率，成像是一个挑战与这种设置。不可能在不损害有价值的标本的情况下，将细胞从培养环境中移除并送回显微镜下进行评估。在过去，只能用广角显微镜来检查荧光转基因是否被表达。用THUNDER成像仪进行的初步测试已经显示了类器官的形成，达到了单个细胞的水平。

图1:使用THUNDER Imager 3D细胞培养技术在“液-气界面”拍摄的成熟肺器官。细胞来源于转基因小鼠，所以不同的荧光代表了各自细胞的分化程度(A为YFP, B为mCherry, C为BF, D为迭加)。图像采集在培养开始后第21天进行。参考文献:P. Kanrai, MPI-HLR Bad Nauheim。

另一个重要的研究领域专注于更好地理解大脑的发育和折叠。为了进行这项工作，雪貂被用作模型生物。与老鼠的大脑相比，雪貂的大脑要大得多，其褶皱与人类的大脑一样多，因此，由于与人类大脑的相似性更大，因此更适合这些类型的生物学研究。

图2:用THUNDER成象仪记录下的雪貂大脑发育概况。图示星形胶质细胞(绿色为星形胶质细胞)以及各种正在发育的神经元(MCherry，洋红色，用子宫电穿孔法标记)。(B)图像显示有电穿孔的神经细胞(绿色)，特定的神经元标记物(洋红色)和细胞核(白色)。

为了了解雪貂大脑的正常发育，研究人员将人类基因引入雪貂的大脑。大脑经过基因改造，在成像过程中某些蛋白质可以被定位。在未来，突变也可以被系统地研究。目的是了解大脑折叠的模式，这是一个大的宏观结构。为了能够捕获整个样本背景，成像聚焦在一个大的组织区域。为了量化相关参数，必须在同一图像中识别单个细胞。这需要一个非常大的图像场，有足够的分辨率和清晰的成像。为了在亚细胞水平上详细检查某些区域，共聚焦显微镜被进一步使用。

雷雷成像仪的照片在收购后已经几乎可以出版了!”

Nereo Kalebic博士，Max Planck institute - CBG Dresden

与此相关的发育阶段的大脑切片的大小约为2平方厘米。对于这样大的样本，一个具有大的图像场和清晰的图像的部分的THUNDER成像仪可以实现一个高效的工作流程。计算清除提供的分辨率和对比度的改善，使细胞核易于区分，是量化有意义和可靠的结果的基础。到目前为止，相同的组织切片必须用多个成像系统进行可视化，才能对图像进行适当的后处理。一旦获得，THUNDERed图像几乎可以发表，这是一个很大的优势，因为在图像处理方面缺乏经验的研究人员可以快速产生有意义的结果。

生命科学研究从2D细胞培养发展到3D细胞培养是一项令人兴奋的进展，可以在未来显著改善人类疾病的治疗。厚的3D培养细胞标本在基因表达和形态学方面提供了更有生理意义的数据。类器官和球状体允许模拟各种生理方面:发育、内环境平衡、再生和疾病。有机植物栽培正在成为基础和应用研究的最重要的工具之一，并对未来的个性化医学具有启示作用。然而，3D技术仍然面临一些挑战。

在创建和维护3D细胞培养物时，科学家们有一个很大的优势，那就是有实用的方法使他们能够轻松地对结果进行成像和分析。类器官和球状体的结构很难成像，所以必须小心对待标本。188金宝搏的网址徕卡微系统提供了一个THUNDER Imagers组合，这是一种新的仪器类，提供快速、温和、准确和可重复的方式来成像类有机和球状体。这些成像系统结合了宽视场显微镜的速度和高吞吐量能力与计算清理的能力。基于直立、立体和倒置显微镜的THUNDER成像仪系统可以对各种应用进行直观成像，如神经球、肺类器官或肿瘤球状体。与传统的宽视场成像系统相比，THUNDER成像仪提供了更好的对比度和分辨率，使研究人员能够更有效地收集研究见解，并扩大其应用范围。