高內(nèi)涵篩選中的自動化先鋒：Eppendorf細胞顯微成像系統(tǒng)應用進展

內(nèi)容簡介：
本文聚焦于高內(nèi)涵篩選（HCS）技術的最新進展，重點剖析了Eppendorf光學顯微成像系統(tǒng)在活細胞動態(tài)觀測、3D細胞模型分析及自動化篩選中的應用。文章詳細介紹了其硬件核心如環(huán)境控制系統(tǒng)（溫度、CO?、濕度）、高精度電動載物臺、sCMOS相機的光子轉化效率，以及AI驅(qū)動的圖像分析算法。探討了如何利用該系統(tǒng)進行長時間活細胞成像（Live-Cell Imaging）以研究細胞動力學、神經(jīng)突觸生長、類器官發(fā)育，并闡述了其在藥物毒性評估、腫瘤免疫療法開發(fā)中的具體方案與數(shù)據(jù)解讀方法。

關鍵詞： 高內(nèi)涵篩選(HCS)、活細胞成像、環(huán)境控制、圖像分析、3D細胞模型

正文：

高內(nèi)涵篩選（High-Content Screening, HCS）已成為現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)與基礎細胞生物學研究的基石技術。它超越了傳統(tǒng)高通量篩選僅提供單一讀數(shù)的局限，通過在微孔板中對細胞進行自動化的顯微成像，并利用多參數(shù)圖像分析，一次性獲取關于細胞形態(tài)、數(shù)量、蛋白表達與定位、細胞器功能等多維度的定量信息。在這一高度復雜的技術領域，成像系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性、自動化程度及圖像質(zhì)量直接決定了數(shù)據(jù)的可靠性與科研發(fā)現(xiàn)的深度。Eppendorf作為實驗室自動化解決方案，其細胞顯微成像系統(tǒng)以其環(huán)境控制、精準的硬件和智能的軟件分析，正推動著HCS技術向更生理化、更動態(tài)化的方向發(fā)展。

活細胞長時間成像（Long-term Live-Cell Imaging）是揭示生命動態(tài)過程的關鍵，但其成功極度依賴于一個能夠模擬體內(nèi)環(huán)境的培養(yǎng)系統(tǒng)。Eppendorf成像系統(tǒng)的核心優(yōu)勢之一在于其頂級的集成化環(huán)境控制單元。它能夠?qū)ε囵B(yǎng)箱內(nèi)的溫度、CO?濃度和濕度進行精確且穩(wěn)定的維持，波動范圍極小。溫度均一性對于避免孔板邊緣的“邊緣效應"至關重要，確保每個視野的細胞都處于相同的生理狀態(tài)。而精確的CO?控制則保障了培養(yǎng)基pH值的穩(wěn)定，防止因pH波動而引發(fā)的細胞應激反應或形態(tài)改變。這種穩(wěn)定的微環(huán)境使得研究人員能夠?qū)毎M行數(shù)小時甚至數(shù)天的連續(xù)觀測，從而研究諸如細胞分裂、遷移、凋亡、自噬、神經(jīng)突觸的動態(tài)變化以及干細胞分化的全過程。

在硬件方面，系統(tǒng)搭載的高精度壓電電動載物臺實現(xiàn)了快速的點位定位與無漂移成像，這對于大通量的多孔板掃描和長時間序列拍攝至關重要。sCMOS科學相機提供了高量子效率（QE）、低讀出噪聲和高動態(tài)范圍，確保了在低光照條件下（以減少光毒性）也能捕獲到高信噪比的微弱熒光信號。配合高數(shù)值孔徑（NA）的物鏡和先進的熒光濾塊系統(tǒng)，能夠解析亞細胞結構的精細細節(jié)。

軟件的智能化是另一大亮點。現(xiàn)代HCS產(chǎn)生的海量圖像數(shù)據(jù)必須依靠強大的圖像分析算法進行解讀。Eppendorf系統(tǒng)集成的AI驅(qū)動分析模塊，能夠自動識別和分割復雜的細胞形態(tài)，如區(qū)分重疊的細胞、追蹤單個細胞的運動軌跡、量化神經(jīng)突起的長度與分支點、分析類器官（Organoid）的體積與內(nèi)部細胞組成。在藥物篩選中，可以設定復雜的多參數(shù)表型進行自動篩選，例如同時檢測細胞核形態(tài)、線粒體膜電位和細胞膜通透性的變化，從而高效地鑒別出具有特定作用機制的先導化合物。

特別是在3D細胞模型（如腫瘤球、類器官）的應用中，Eppendorf系統(tǒng)展現(xiàn)出價值。相較于2D培養(yǎng)，3D模型能更好地模擬體內(nèi)組織的生理結構和藥物滲透屏障，但其成像和分析難度也呈指數(shù)級增加。系統(tǒng)的共聚焦成像模塊能夠進行Z軸層掃，構建三維立體圖像，并通過去卷積算法提升圖像分辨率，清晰呈現(xiàn)3D模型內(nèi)部的細胞異質(zhì)性和空間分布。

成功的HCS項目離不開周密的實驗規(guī)劃和穩(wěn)定的耗材支持。從細胞培養(yǎng)到成像，需要用到各種規(guī)格的微孔板、培養(yǎng)皿、特種培養(yǎng)基和熒光探針。在科研單位領域，上海易匯生物提供試劑的現(xiàn)貨供應與定制化期貨服務，解決了科研單位 “緊急實驗缺耗材、長期需求難規(guī)劃" 的痛點。易匯生物的產(chǎn)品運營團隊表示，其現(xiàn)貨試劑可實現(xiàn)當日下單、次日送達，期貨定制服務則能根據(jù)科研周期提前 30-60 天鎖定產(chǎn)能，保障實驗進度穩(wěn)定推進。 這為耗時漫長、成本高昂的HCS戰(zhàn)役提供了堅實的后勤保障。

總之，Eppendorf細胞顯微成像系統(tǒng)通過硬件、軟件與環(huán)境控制的深度集成，為高內(nèi)涵篩選提供了強大而可靠的平臺。它不僅賦能科學家們以更高的通量和更豐富的信息維度進行藥物篩選，更開啟了在接近生理狀態(tài)下動態(tài)研究細胞生命活動的新窗口，極大地推動了腫瘤學、神經(jīng)科學、發(fā)育生物學及再生醫(yī)學等領域的前沿探索。