精準洞察細胞遷移：活細胞成像儀為劃痕實驗 “撥云見日”
在細胞生物學的微觀世界里，細胞遷移是一個至關重要的過程，它與胚胎發育、組織修復、免疫反應以及腫瘤轉移等多種生理和病理現象密切相關。細胞劃痕實驗作為研究細胞遷移的關鍵手段，在生命科學領域發揮著重要作用。該實驗通過人為制造細胞層上的劃痕，模擬體內細胞遷移的環境刺激，進而觀察細胞在不同條件下向劃痕區域移動、增殖的過程，為醫學和生物學研究提供了直觀且有力的數據支持。
在細胞劃痕實驗中，細胞鋪板長滿后用移液器吸頭制造劃痕，形成邊緣清晰的“傷口”區域。用PBS清洗去細胞碎片，樣本置于培養箱中繼續培養。通過定期將樣本置于顯微鏡下觀察記錄劃痕區域的細胞遷移情況，借助第三方軟件量化評估劃痕閉合速率，從而反映細胞的遷移或修復能力。
常規的細胞劃痕實驗存在以下不足：①操作一致性問題：劃痕通常依靠手工操作，如使用槍頭，很難保證每次劃痕的寬度、深度和形狀完全一致，這會引入實驗誤差，影響結果的準確性和可重復性。②缺乏動態監測：常規的觀察方式難以提供細胞遷移全過程的連續、動態監測，不利于深入理解細胞遷移動力學，且數據處理相對麻煩。
JuLI™ Stage活細胞成像儀對于細胞劃痕實驗可以提供的幫助
3. 減少實驗干擾與污染：無需頻繁進出超凈間、打開培養箱，有效減少了外界環境對細胞生長的干擾和污染風險，使細胞能在更穩定的環境中生長和遷移，保證了實驗結果的真實性。
4. 遠程監控與操作便捷：科研人員可以通過電腦或移動設備隨時隨地遠程監控細胞的培養和遷移進度，方便根據實驗情況及時調整實驗參數和安排后續實驗，提高工作效率，為科研人員提供了更多的靈活性。
5. 多維度分析：JuLI™ Stage成像儀具備熒光成像（GFP&RFP&DAPI）功能，除了對細胞進行明場觀察外，還可以結合熒光標記技術，對細胞內的特定分子或信號通路進行標記和觀察，從而在細胞遷移過程中同時獲取細胞的生理、生化等多維度信息，進一步深入研究細胞遷移的機制。
JuLI™ Stage活細胞成像儀在劃痕實驗的應用案例
細胞遷移機制研究：在神經發育研究中，利用活細胞成像儀觀察神經細胞劃痕后的遷移情況，可深入了解神經細胞如何在胚胎發育過程中遷移到正確位置以形成神經網絡。在腫瘤轉移研究方面，通過觀察腫瘤細胞的劃痕愈合過程，分析腫瘤細胞遷移的速度、方向和路徑，探究腫瘤細胞轉移的分子機制，如研究某些信號通路激活后對腫瘤細胞遷移能力的影響。
案例：使用JuLI™ Stage 拍攝A673細胞，共監測48h。拍攝完成后用儀器自帶的JuLI™ STAT分析軟件批量量化愈合面積，發現ARID1A 基因缺失會導致細胞遷移能力大幅降低。
細胞分化與再生研究：以干細胞為研究對象，在進行細胞劃痕后，使用活細胞成像儀跟蹤觀察干細胞向不同細胞類型分化的過程以及在組織修復中的遷移行為，為組織再生和修復機制研究提供依據。
案例：細胞幾何感知涉及細胞骨架重塑和生化信號的激活，從而控制細胞行為的多個方面。而幾何手性在調控細胞行為中的作用以及其背后的生物物理機制仍然難以捉摸，實驗人員為探究幾何手性在調節細胞行為中的作用進行細胞遷移實驗，通過JuLI™ Stage活細胞成像分析系統拍攝，實時記錄GFP轉染的hMSCs細胞從平面向手性幾何形狀移動的一系列熒光圖像。觀察到細胞優先向右旋幾何形狀遷移。
藥物篩選與評價：建立腫瘤細胞或血管內皮細胞的劃痕模型，利用活細胞成像儀觀察不同藥物處理后細胞劃痕愈合的情況，快速篩選出具有抑制細胞遷移能力的潛在抗腫瘤藥物或促進血管生成的藥物。通過對比不同藥物濃度下細胞遷移的速度和程度，評估藥物的有效性和安全性，為藥物研發提供重要的體外實驗數據。
案例：CXCL12 在衰老腫瘤細胞中表達，研究者推測CXCL12 可能會影響腫瘤細胞浸潤。通過JuLI™ Stage 延時成像，探究不同濃度的CXCL12對細胞遷移的影響，結果發現低濃度的CXCL12吸引了 Jurkat T 細胞，表明其具有趨化作用；而高濃度CXCL12導致Jurkat T細胞失去方向性，而向反方向遷移。
心血管疾病研究：在研究血管損傷修復時，對血管內皮細胞進行劃痕，用活細胞成像儀觀察內皮細胞的遷移和增殖情況，探討動脈粥樣硬化等心血管疾病的發病機制，為疾病的預防和治療提供理論基礎。
案例：膽固醇不僅會誘導炎癥反應并在動脈粥樣硬化斑塊的細胞中沉積，還會調節動脈粥樣硬化進展中的細胞力學、增殖和遷移。他汀類藥物可抑制細胞膽固醇的生物合成，臨床上會開給高膽固醇血癥或相關心血管疾病患者。為了研究氟伐他汀對血管平滑肌細胞（VSMC）在不同涂層上遷移的影響，研究者使用采用JuLI™ Stage 延時成像觀察細胞遷移，在10x物鏡下每10分鐘成像一次，共記錄24小時細胞遷移情況。后續用Image J分析圖像堆棧。結果表明氟伐他汀治療導致 VSMC 在 FN 覆蓋的總距離顯著下降，但在 COL1 涂層基材上沒有。
綜上，活細胞成像儀在細胞遷移方向研究中發揮重要作用。其憑借獨特優勢，助科研人員實時捕捉細胞遷移軌跡與方向變化，解析遷移機制。未來技術革新將使其進一步拓展研究邊界，推動多學科融合，為生命科學及攻克疾病帶來更多突破。
參考文獻：
[1]Kim YR, Joo J, Lee HJ, et al. Prion-like domain mediated phase separation of ARID1A promotes oncogenic potential of Ewing's sarcoma. Nat Commun. 2024;15(1):6569. Published 2024 Aug 3. doi:10.1038/s41467-024-51050-0
[2]Dong L, Gong J, Wang Y, et al. Chiral geometry regulates stem cell fate and activity. Biomaterials. 2019;222:119456. doi:10.1016/j.biomaterials.2019.119456
[3]Choi YW, Kim YH, Oh SY, et al. Senescent Tumor Cells Build a Cytokine Shield in Colorectal Cancer. Adv Sci (Weinh). 2021;8(4):2002497. Published 2021 Jan 4. doi:10.1002/advs.202002497
[4]Sanyour HJ, Li N, Rickel AP, et al. Statin-mediated cholesterol depletion exerts coordinated effects on the alterations in rat vascular smooth muscle cell biomechanics and migration. J Physiol. 2020;598(8):1505-1522. doi:10.1113/JP279528
在細胞劃痕實驗中，細胞鋪板長滿后用移液器吸頭制造劃痕，形成邊緣清晰的“傷口”區域。用PBS清洗去細胞碎片，樣本置于培養箱中繼續培養。通過定期將樣本置于顯微鏡下觀察記錄劃痕區域的細胞遷移情況，借助第三方軟件量化評估劃痕閉合速率，從而反映細胞的遷移或修復能力。
常規的細胞劃痕實驗存在以下不足：①操作一致性問題：劃痕通常依靠手工操作，如使用槍頭，很難保證每次劃痕的寬度、深度和形狀完全一致，這會引入實驗誤差，影響結果的準確性和可重復性。②缺乏動態監測：常規的觀察方式難以提供細胞遷移全過程的連續、動態監測，不利于深入理解細胞遷移動力學，且數據處理相對麻煩。
JuLI™ Stage活細胞成像儀對于細胞劃痕實驗可以提供的幫助
1. 實時動態監測：能夠在不干擾細胞培養環境的情況下，對細胞劃痕后的遷移過程進行實時、連續的觀測，無需像傳統方法那樣定時將細胞從培養箱中取出觀察，避免了頻繁操作對細胞的影響，可獲取細胞遷移的完整動態過程，有助于深入研究細胞遷移動力學。
2. 提高數據準確性：JuLI™ Stage成像儀可配備劃痕分析軟件，成套的劃痕器可輕松實現96孔板統一劃線，保證劃痕的寬度、深度和形狀完全一致,，減少實驗分析誤差。另外內置智能分析軟件和算法，可自動對拍攝的圖像進行處理和分析，計算細胞融合度生成劃痕愈合曲線，減少人工分析帶來的誤差，提高了數據的準確性和可靠性。
2. 提高數據準確性：JuLI™ Stage成像儀可配備劃痕分析軟件，成套的劃痕器可輕松實現96孔板統一劃線，保證劃痕的寬度、深度和形狀完全一致,，減少實驗分析誤差。另外內置智能分析軟件和算法，可自動對拍攝的圖像進行處理和分析，計算細胞融合度生成劃痕愈合曲線，減少人工分析帶來的誤差，提高了數據的準確性和可靠性。
3. 減少實驗干擾與污染：無需頻繁進出超凈間、打開培養箱，有效減少了外界環境對細胞生長的干擾和污染風險，使細胞能在更穩定的環境中生長和遷移，保證了實驗結果的真實性。
4. 遠程監控與操作便捷：科研人員可以通過電腦或移動設備隨時隨地遠程監控細胞的培養和遷移進度，方便根據實驗情況及時調整實驗參數和安排后續實驗，提高工作效率，為科研人員提供了更多的靈活性。
5. 多維度分析：JuLI™ Stage成像儀具備熒光成像（GFP&RFP&DAPI）功能，除了對細胞進行明場觀察外，還可以結合熒光標記技術，對細胞內的特定分子或信號通路進行標記和觀察，從而在細胞遷移過程中同時獲取細胞的生理、生化等多維度信息，進一步深入研究細胞遷移的機制。
JuLI™ Stage活細胞成像儀在劃痕實驗的應用案例
細胞遷移機制研究：在神經發育研究中，利用活細胞成像儀觀察神經細胞劃痕后的遷移情況，可深入了解神經細胞如何在胚胎發育過程中遷移到正確位置以形成神經網絡。在腫瘤轉移研究方面，通過觀察腫瘤細胞的劃痕愈合過程，分析腫瘤細胞遷移的速度、方向和路徑，探究腫瘤細胞轉移的分子機制，如研究某些信號通路激活后對腫瘤細胞遷移能力的影響。
案例：使用JuLI™ Stage 拍攝A673細胞，共監測48h。拍攝完成后用儀器自帶的JuLI™ STAT分析軟件批量量化愈合面積，發現ARID1A 基因缺失會導致細胞遷移能力大幅降低。
細胞分化與再生研究：以干細胞為研究對象，在進行細胞劃痕后，使用活細胞成像儀跟蹤觀察干細胞向不同細胞類型分化的過程以及在組織修復中的遷移行為，為組織再生和修復機制研究提供依據。
案例：細胞幾何感知涉及細胞骨架重塑和生化信號的激活，從而控制細胞行為的多個方面。而幾何手性在調控細胞行為中的作用以及其背后的生物物理機制仍然難以捉摸，實驗人員為探究幾何手性在調節細胞行為中的作用進行細胞遷移實驗，通過JuLI™ Stage活細胞成像分析系統拍攝，實時記錄GFP轉染的hMSCs細胞從平面向手性幾何形狀移動的一系列熒光圖像。觀察到細胞優先向右旋幾何形狀遷移。
藥物篩選與評價：建立腫瘤細胞或血管內皮細胞的劃痕模型，利用活細胞成像儀觀察不同藥物處理后細胞劃痕愈合的情況，快速篩選出具有抑制細胞遷移能力的潛在抗腫瘤藥物或促進血管生成的藥物。通過對比不同藥物濃度下細胞遷移的速度和程度，評估藥物的有效性和安全性，為藥物研發提供重要的體外實驗數據。
案例：CXCL12 在衰老腫瘤細胞中表達，研究者推測CXCL12 可能會影響腫瘤細胞浸潤。通過JuLI™ Stage 延時成像，探究不同濃度的CXCL12對細胞遷移的影響，結果發現低濃度的CXCL12吸引了 Jurkat T 細胞，表明其具有趨化作用；而高濃度CXCL12導致Jurkat T細胞失去方向性，而向反方向遷移。
心血管疾病研究：在研究血管損傷修復時，對血管內皮細胞進行劃痕，用活細胞成像儀觀察內皮細胞的遷移和增殖情況，探討動脈粥樣硬化等心血管疾病的發病機制，為疾病的預防和治療提供理論基礎。
案例：膽固醇不僅會誘導炎癥反應并在動脈粥樣硬化斑塊的細胞中沉積，還會調節動脈粥樣硬化進展中的細胞力學、增殖和遷移。他汀類藥物可抑制細胞膽固醇的生物合成，臨床上會開給高膽固醇血癥或相關心血管疾病患者。為了研究氟伐他汀對血管平滑肌細胞（VSMC）在不同涂層上遷移的影響，研究者使用采用JuLI™ Stage 延時成像觀察細胞遷移，在10x物鏡下每10分鐘成像一次，共記錄24小時細胞遷移情況。后續用Image J分析圖像堆棧。結果表明氟伐他汀治療導致 VSMC 在 FN 覆蓋的總距離顯著下降，但在 COL1 涂層基材上沒有。
綜上，活細胞成像儀在細胞遷移方向研究中發揮重要作用。其憑借獨特優勢，助科研人員實時捕捉細胞遷移軌跡與方向變化，解析遷移機制。未來技術革新將使其進一步拓展研究邊界，推動多學科融合，為生命科學及攻克疾病帶來更多突破。
參考文獻：
[1]Kim YR, Joo J, Lee HJ, et al. Prion-like domain mediated phase separation of ARID1A promotes oncogenic potential of Ewing's sarcoma. Nat Commun. 2024;15(1):6569. Published 2024 Aug 3. doi:10.1038/s41467-024-51050-0
[2]Dong L, Gong J, Wang Y, et al. Chiral geometry regulates stem cell fate and activity. Biomaterials. 2019;222:119456. doi:10.1016/j.biomaterials.2019.119456
[3]Choi YW, Kim YH, Oh SY, et al. Senescent Tumor Cells Build a Cytokine Shield in Colorectal Cancer. Adv Sci (Weinh). 2021;8(4):2002497. Published 2021 Jan 4. doi:10.1002/advs.202002497
[4]Sanyour HJ, Li N, Rickel AP, et al. Statin-mediated cholesterol depletion exerts coordinated effects on the alterations in rat vascular smooth muscle cell biomechanics and migration. J Physiol. 2020;598(8):1505-1522. doi:10.1113/JP279528
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