3D 细胞模型

使用细胞成像和分析技术中的先进方法
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，从而推动了转化生物学的发展。复杂性更高的细胞模型已获得了普及，因为它们对体内环境的模仿性更强，对药物治疗的反应更佳。具体而言，3D 细胞培养物具有严密概括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。培育 3D 细胞培养物或将其转移至一块成像微孔板后，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可在单个集成界面中筛选和分析这些模型，以显著缩短得到结果所需的时间。

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，已在自动化显微成像检测和分析方面取得了重大进展，从而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，从而产生更多细胞细节，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。

观看视频

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 投影后再分析它们可能会有帮助。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 体）的图像的技术。

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3D 细胞模型的优势

三维 (3D) 细胞模型的主要优势包括生理相关性，并且能够近距离地表现组织微环境、细胞间相互作用以及体内发生的生物过程。现在，你可以通过结合高内涵成像 (HCI) 系统与 ImageXpress 等细胞成像设备的技术来生成更具预测性的数据。通过将高内涵成像采集和 MetaXpress® 软件等分析软件与 3D 分析模块相集成，可将其用于 3D 结构的进一步分析、显示和评估。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，让您对研究发现充满信心。

获得并显示 3D 细胞模型

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、芯片上器官结构或自组装类材料。最近，适用于高内涵成像的简易自动化工作流程已变得较为普遍。

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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你的 3D 检测工作流程的诀窍和技术。

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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。在胞外基质 (ECM) 中培养细胞以模拟体内环境。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。

器官芯片

目前比较普及的方法是，通过在支持性 3D 基质中共培养细胞并使用微流控通道在培养所得的细胞结构上灌注营养物或化合物来模拟器官生理机能，以作为针对新药物或毒性的生物学相关筛选模型。ImageXpress 系统可提供适用于 2D 或 3D 应用的完整解决方案，并兼容许多不同类型的玻片和板型。

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，它们显示出更高阶的自组装，从而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。

细胞球

细胞球是多细胞 3D 球体，可模拟体内细胞应答和相互作用。它们具有高度可重复并迎合高内涵筛选的能力。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球体内不同深度（z 平面）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

整体生物与人类生物学的相关性更强，并可用于细胞培养中研究整个交互式系统，如线虫、果蝇幼虫或斑马鱼胚胎。由于其成本、通量和可减少伦理问题的能力，基于斑马鱼的筛选作为哺乳动物筛选的替代选择而备受亲睐。我们的斑马鱼研究使用 ImageXpress Micro 系统和 MetaXpress 软件设置和运行自动化成像筛选以监测血管生成的抑制，定量基因敲除，并测量耳蜗和神经毒性。

3D 细胞成像和分析工作流程

3D 细胞培养实验步骤的工作流程依赖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 ULA 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，也可以在皮氏培养皿、烧瓶或其他微孔板等替代实验室器具中培养细胞。

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。ULA 和 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 ULA 以及 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。