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3D 细胞模型

使用先进的细胞成像方法和分析技术
研究复杂 3D 生物学。

适用于 3D 细胞培养应用和检测的细胞成像和分析

开发适用于化合物筛选且更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞测定法是药物发现领域的主要挑战。三维 (3D) 检测模型的综合性应用越来越普遍，推动了转化生物学的发展。更高复杂性的细胞模型已经得到普及，因为他们更好地模拟体内环境和对药物治疗的反应。具体而言，3D 细胞培养物具有接近再现人体组织各个方面的优势，这些方面包括结构、细胞组织、细胞间和细胞基质间的相互作用以及更具生理相关性的扩散特性。利用 3D 细胞测定法可增加研究和筛选活动的价值，跨越 2D 细胞培养物与整个动物模型之间的转化差距。通过复制体内环境的重要参数，3D 模型可提供有关干细胞行为以及体外组织发展的独到见解。

3D 细胞成像和分析工作流程

虽然使用 3D 细胞培养进行定量测定开发已成为了解复杂生物学极富吸引力的研究工具，但极具挑战性的 3D 细胞图像采集和分析方法阻碍了 3D 在筛选领域的普及。用于进行显微成像检测和分析的高内涵和高通量工具可提供用于评估这种复杂生物学的创新和自动化工具。微孔板中 3D 培育好的细胞或转移到一块成像微孔板的细胞后，可用化合物处理细胞，并用所选的标记物对其进行染色。对于采集操作，ImageXpress® 自动成像系统以及我们的细胞成像和分析软件能够在单个集成界面中筛选和分析这些模型，以大大缩短获得发现所需的时间。

用于典型 3D 细胞培养物检测的步骤：

参见详细的工作流程

3D 细胞培养成像和分析技术

我们的成像技术不断发展，以使更具生理相关性的模型更易于使用。进一步了解我们的技术如何协助将 3D 细胞培养从小规模分析扩大到高通量筛选。

3D 采集解决方案

采集 3D 检测图像

近几年，在自动化显微成像检测和分析方面已取得了重大进展，可提供适用于药物发现和环境毒性应用的更具预测性和生理相关性的检测。使用更复杂的检测和 3D 模型要求具有较高的分辨率来获取可发表级别质量的图像和数据。

共聚焦成像通过减少离焦光来提供高信噪比，以获得更清晰的图像和更多细胞细节，即使在一个厚样品中亦可如此。观看视频以了解关于如何使用 ImageXpress Micro 共聚焦高内涵成像分析系统采集 3D 图像的高通量技术。

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分析 3D 应用的图像

即使你的样品是 3D 样品，也可能会生成不同类型的图像集。可能一个平面就已足够，也可能要获得多个平面。在获得多个平面的情况下，能够单独分析它们或将它们结合成一个 2D 投影后再进行分析。最后，分析完整的整体 3D 图像可能就是实验的目标。观看视频以了解更多有关使用 MetaXpress 软件分析来自多个 z 平面（作为一个 3D 个体）的图像的技术。

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3D 细胞模型的优势

三维 (3D) 细胞模型比二维培养的细胞更具生理相关性且更能代表组织微环境、细胞间相互作用以及体内发生的生物过程。现在，您可以使用 ImageXpress 系统等高内涵成像 (HCI) 系统来生成更具预测性的数据。通过将高内涵图像采集和分析软件（如 MetaXpress® 软件）与 3D 分析模块相集成，ImageXpress 系统可用于对 3D 结构进行深入分析、可视化和评估。并使您能够在不影响通量或数据质量的情况下满足 3D 采集和分析的挑战性需求，让您对您的研究发现充满信心。

3D 癌细胞研究

癌症涉及细胞的改变，包括使细胞脱离正常限制生长和分裂，从而侵袭和破坏相邻组织，并最终转移至身体远端部位。癌细胞球远比标准 2D 细胞培养更有效地模拟肿瘤行为。此类 3D 细胞球模型已成功用于筛选环境以鉴定潜在癌症治疗。

癌症研究人员需要更好的研究工具，使他们能够更容易地研究复杂的、待探索的癌细胞与其环境之间的相互作用，并确定癌症治疗干预点。

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3D 神经细胞球

为加速开发有效和安全的药物，对适用于药物发现和毒理学筛选的更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞水平检测的需求越来越大。

我们证明，采用由人 iPSC 源性细胞形成的 3D 神经细胞球进行的功能性和形态学分析可用于评价候选药物和神经毒性评估。

专业采集和分析 3D 图像

在过去几年中，3D 模型和技术的发展已经取得了显著的进步。所采用的方法包括可生物降解的支架、器官芯片或自组装类器官。最近，适用于高内涵成像的简易自动化工作流程已成为主流。

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获得真正的 3D 细胞培养见解

开发适用于化合物筛选且更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞测定法是药物发现领域的主要挑战。

本电子书强调了 3D 细胞培养成像和分析优势，并且包括一些 3D 细胞模型应用以及优化您的 3D 检测工作流程的诀窍和技术。

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心脏毒性

活细胞成像和 3D 模型可对化合物的药性和毒性提供更好的预测。我们展示了用于形成源自人 iPSC 源性细胞的 3D 细胞球的方法。

细胞外基质中的细胞

在三维空间中培养细胞的一种常用方法就是使用基于胞外基质的水凝胶，如基质胶。细胞在胞外基质 (ECM) 中培养以模拟体内环境。基质胶与 2D 细胞培养物之间的区别可通过它们不同的细胞形态、细胞极性和/或基因表达轻松发现。水凝胶也能够进行细胞迁移和 3D 结构形成方面的研究，如血管生成研究中的内皮细胞管形成。

类器官技术/器官芯片

通过在一种支持性 3D 基质中共培养细胞并使用微流控通道在形成的细胞结构中灌注营养素或化合物，类器官技术（如器官芯片）可模拟器官生理学。它正作为新药和毒性的一个生物学相关筛选模型而迅速普及。

类器官与细胞球

术语“细胞球”与“类器官”通常可互换使用。两种细胞模型都是 3D 多细胞结构，相比其 2D 细胞样本，它们可更好地模拟体内环境。类器官通常包含细胞的共培养物并显示出更高阶的自组装，因此可更好地表现复杂的体内细胞应答以及相互作用。相比之下，细胞球的 3D 结构要简单得多，这使得它们具有较高的可重复性和可缩放性。从功能上来说，两种模型都可作为用于捕获更具生理相关性的数据的较好体外模型。

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类器官

类器官是三维 (3D) 多细胞微小组织，旨在更好地模拟人体器官的复杂结构和功能。类器官通常包含细胞的共培养物并显示出高度的自组装性，因此与传统的二维 (2D) 细胞培养物相比，可以更好地显示复杂的体内细胞应答以及相互作用。

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细胞球

细胞球为多细胞 3D 结构，可模拟体内细胞应答和相互作用。它们具有高度可重复性，适合高内涵筛选。与 2D 单层生长的贴壁细胞相比， 3D 生长条件被认为可以更真实地反映癌细胞生长的生理环境。从这些较大的结构中采集测定值涉及到采集细胞球内不同深度（z 平面）处的图像并对其进行 3D 分析，或在分析前将其整合为单张 2D 堆叠图像。

干细胞

干细胞是类原代细胞的主要来源之一，其可以用于特定细胞类型和 3D 组织中的靶向应答的检测，以及长期研究的细胞模型。由于复杂生物分析和 3D 诱导多能干细胞 (iPSC) 来源的细胞模型能够更好地反映组织生物学和细胞之间的相互作用，从而使它们在众多药物毒性和药物筛选实验方面受到更多的关注。

整体生物

果蝇、秀丽隐杆线虫和斑马鱼等模型系统可提供与人类生物学的相关性，而且具有基因和整个有机体表型筛选的额外优势。由于成本和空间要求较低、代时较短以及易于基因操作，斑马鱼筛选作为哺乳动物细胞筛选的一种替代方法已受到人们的青睐。我们的斑马鱼研究使用 ImageXpress Micro 系统和 MetaXpress 软件来设置和运行自动成像筛选，以监测血管生成抑制、定量基因敲除并测定耳毒性和神经毒性。

3D 细胞成像和分析工作流程

3D 细胞培养实验的工作流程取决于所培养的细胞模型的类型。此处所述的 3D 细胞成像和分析工作流程是 96 或 384 孔平底或圆底微孔板中 3D 细胞球的一个一般示例。每个步骤都分解介绍了从细胞培养到图像分析的过程，并且强调了进行细胞培养实验步骤所需的仪器和工具，包括一个自动化高内涵成像系统以及细胞成像和分析软件。

3D 细胞成像和分析工作流程

培养细胞球

可以在一个超低吸附圆底板中直接培养 3D 细胞，以获得典型球形形状的细胞球。在转移至成像微孔板之前，细胞也可以在培养皿、培养瓶或其他微孔板等替代实验室器具中培养。

96 或 384 孔板

大多数用于高内涵和高通量筛选的 3D 细胞培养物都使用 96 或 384 孔微孔板培养。超低吸附U 形/圆底微孔板可使球形形状形成细胞球，或者也可使用水凝胶模拟胞外基质 (ECM)，以在平底微孔板中培养细胞球。针对 ImageXpress® Micro 共聚焦高内涵成像系统的优化后细胞球细胞培养实验步骤可使用超低吸附 U 形底 96 孔和 384 孔板和可减少检测时间和最大限度降低可变性的一步式染色流程。