COVID-19 响应——我们致力于在这场大流行病期间为科学界提供支持。了解更多

Cell Painting

使用多种荧光染料标记,用于形态分析的高内涵图像检测方法

什么是 Cell Painting?

Cell Painting 是一种基于高内涵多重图像检测,用于细胞学分析的方法。在 Cell Painting 检测中,最多可使用 6 种荧光染料标记细胞的不同组分,包括细胞核、内质网、线粒体、细胞骨架、高尔基体和 RNA。目的在于尽可能多地让细胞“着色”,从而获得整个细胞的代表图像。

自动图像分析软件可用于提取每个细胞的特征测量值。特征测量值的数量范围通常为每个细胞 100 至 1000 个。这些测量值通常包括强度、纹理、形状、大小以及某一研究对象与其邻近结构之间的距离,其中该距离可显示各种细胞器之间的空间关系。这些测量值共同构成了表型概况。

细胞核染料

细胞核
染料:Hoechst 33342

MitoTracker Deep Red

线粒体
染料:MitoTracker Deep Red

内质网染料

内质网
染料:Concanavalin A/Alexa Fluor 488 偶联物

核仁、内质网 RNA 染料

核仁、内质网 RNA
染料:SYT0 14 绿色荧光核酸染料

F 肌动蛋白细胞骨架、高尔基体、细胞质膜染料

F 肌动蛋白细胞骨架、高尔基体、细胞质膜
染料:Phalloidin/Alexa Fluor 568 偶联物、wheatgerm agglutinin/Alexa Fluor 555 偶联物
 

内质网 (ER) 和细胞核

合成图像包括肌动蛋白、内质网 (ER) 和细胞核。

 

Cell Painting 适用于表型分析

 

细胞的表型分析可揭示细胞的特定生物状态。更具体地说,表型分析可用于了解生物扰动,因为细胞形态会受到代谢、细胞的遗传和表观遗传状态以及环境等因素的影响。此外,表型分析还可用于描述健康细胞变为病变细胞这一过程的特征。由于表型分析是大量测量值的聚合,因此对 Cell Painting 检测中提取到的特征的偏差或变化更为敏感。换言之,表型分析能够捕获某些肉眼难以识别的细胞特征。

Science Explorer 的一次采访中,Angeline Lim 博士 解释道:“我喜欢把 Cell Painting 或表型分析比作类似于面部识别的功能。它有点像 Facebook 或 iPhoto 标记人们的方法。一旦您有一张照片并标记这张照片,软件就会在后台提取关于这张照片的信息并计算特征。当弹出另一张照片时,软件会将这张照片的特征与之前照片的特征相比较,从而确定它们是否相同。这就是 Cell Painting 工作的基本原理。借助 Cell Painting,我们期望图像分析技术能够将相似细胞与不同的细胞,或是死亡细胞与健康细胞聚集起来。Cell Painting 可能具有很多应用,尤其是在药物发现方面。”

 

经处理后细胞表型变化的示例

 

以下是经处理后细胞表型发生明显变化的一个示例 — 在这张合成图像中,只显示了 5 个波长当中的 3 个波长:细胞核为蓝色、内质网为绿色、肌动蛋白和高尔基体为红色。

 

对照,未经处理的细胞

对照,未经处理的细胞。

经鱼藤酮处理的细胞

经鱼藤酮处理的细胞,其中鱼藤酮是一种常用作杀虫剂的毒素。经验证,鱼藤酮能够抑制线粒体三磷酸腺苷 (ATP) 的产生,而且对多种癌细胞都有抗癌活性。

经氯喹处理的细胞

经氯喹处理的细胞。氯喹最初用于治疗疟疾。

 

Cell Painting 检测的一般工作流程

 

Cell Painting 检测的其中一项优势就是:很多生物学家都非常熟悉它的总体工作流程。首先,您需要在平板中接种细胞。然后,您需要引入一种扰动,可以是化学或遗传物质(例如添加化合物、小分子或 RNAi 文库)。孵育一段合适的时间后,用一套细胞着色染料对细胞进行染色。也可以使用其他更适合您的具体检测的染料组合。

细胞“着色”后,立即使用高内涵成像仪采集细胞图像,如我们的 ImageXpress® 共聚焦高通量人工智能系统,它是我们高内涵成像系统产品系列中最新添加的产品。使用自动成像分析软件(如我们的 MetaXpress®IN Carta 成像分析软件)提取特征,同时识别并测定细胞及其组分。最后,使用各种数据分析工具进一步处理测量值,以创建并比较表型分析、执行聚类分析以及识别可获得表型特征的靶标。用化学、遗传扰动(例如 RNAi、CRISPR/Cas9)或病毒处理细胞。

 

Cell Painting 检测的一般工作流程

 

  1. 将细胞接种到实验室器具(384 孔板)中
  2. 用荧光染料(如 Hoechst、Phalloidin、MitoTracker)染色
  3. 通过高内涵成像系统获得细胞图像
  4. 使用自动图像分析软件分析细胞图像,以提取特征和测量值
  5. 根据测量值获得形态特征

 


 

了解更多有关 Cell Painting 的信息

 

Cell Painting 是一种有价值的研究工具,其具有许多重要的潜在应用,尤其是在药物发现方面。了解如何使用 MetaXpress 软件的预配置或定制模块优化高内涵成像功能并执行多重检测,从而提供丰富的表型分析数据。

 

 

细胞着色的资源

视频和网络研讨会

释放 Cell Painting 的力量

释放 Cell Painting 的力量

相关产品和服务