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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的细胞学分析方法。在 Cell Painting 检测中,可使用 6 种以上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等。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性图像。

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

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 、wheatgerm agglutinin/Alexa Fluor 555
 

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 — 在这张图像中,只显示了 5 个拍摄通道中的 3 个通道: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。

 

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. 通过化学或遗传干扰(例如 RNAi、CRISPR/Cas9)或用病毒处理细胞
  3. 用荧光染料(如 Hoechst、Phalloidin、MitoTracker)染色
  4. 通过高内涵成像系统获得细胞图像
  5. 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
  6. 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

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释放 Cell Painting 的力量

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