1. 观察的通量大，细胞多，能够进行稀有事件的检测 2. 观察稳定无漂移 3. 能够对活细胞进行一系列的分析
活细胞的观察和培养
激光自动聚焦：无光漂白和光毒性， 能够进行长时间细胞观察
图像自动聚焦：细胞损害大，有文献 表明无法进行长时间细胞观察
激光自动聚焦 （300ms）：快速+活细胞
High precise XYZ stage
血管生成
• MetaXpress 获取 Z-序列图像 • 每一个图像都只有部分血管在焦
平面
Images courtesy of Min Wu, BD Biosciences
蛋白表达研究
自由进行分析，分析无限制
★可选透射光组件 ★可选加样器 ★可选机械臂
活细胞长时间观察分析——药物长期效果分析
4500 4000 3500 3000 系列21500 2000 1500 1000
500 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
系列1
心肌活细胞功能评价
%% TrTeshhroledshold % %TTrhersheolsdhold
9
8 +Isoproterenol
细胞增殖、细胞凋亡、细胞死/活，细胞分类、细胞迁移，细胞分散……
药物的毒性分析
细细胞胞健凋康亡度分析模、块细胞健康度分析、细胞死/活分析
• 应用 • 肿瘤 • 免疫学 • 神经元疾病
• 细胞分类 • 活细胞 • 凋亡早期 • 凋亡晚期 • 坏死细胞
• 可达3波长
• 试剂盒
• Vybrant® #3 (Mol. Probes)
GFP-H
GFP-L GFP Neg
% Late M (CellCycle) [Cell Measurement]
% Early M (CellCycle) [Cell Measurement]
% G2 (CellCycle) [Cell Measurement]
% S Phase (CellCycle) [Cell Measurement]
Glial-like cells
Yoav Soen, Patrick O Brown, et. al , Stanford University
Molecular Systems Biology , 2006
Neuron-like cells
神经前体细胞的分化
Global analysis of differentiation
Beats/min
Beats/min
Beats/min
Epinephrine
50
40
30
20
10
-5 Control -3 -2 -1
0
1
Log [Agonist] μM
Isoproterenol
50
40
30
20
10
-5 Control -3 -t] μM
心肌跳动 – Calcium 5
60X-100X 亚细胞水平的细胞评价和分析
60X 物镜
100X 物镜
线粒体分析
线粒体平均长度分析
线粒体变化分析（线状 线粒体面积/球状线粒体 面积）
线粒体分支数量分析
组别
加药组 对照组
组别
加药组 对照组
组别
加药组 对照组
结果
1.42um/个 1.69um/个
结果
1.27 2.35
结果
8 21
生物学研究
• 在体研究——器官层面 （模式动物）
• 基因层面——RNAi,基因芯片 • 蛋白层面——蛋白质组学 • 生化层面——酶，通路等 • 细胞层面——形态学 • 亚细胞层面——亚细胞形态学
细胞层面——最常用
以细胞为对象，通过细胞功能、形态等生物学 效应为目标，检测细胞形态学、功能学和蛋白 表达。
• 设定用户自定义的实验步骤 • 在 2x下进行整孔成像 • 分析检测目标物体 • 载物台自动移至物体进行40X成像 • 在单个位点收集动力学数据
2x, transmitted light / GFP
10x, GFP (heart)
细胞层次的细胞生物学研究
4X 物镜
10X 物镜
大通量，细胞水平的检测、评价和分析
显微镜
什么是高内涵分析？
• 用于药物研究和其他生物学研究的以细胞为单位的方法 • 全自动荧光成像 • 高通量显微图像分析
高
内
涵
显微镜
成
(活细胞工作站，激光
共聚焦显微镜)
像
筛
选
流式细胞仪
10
科学概念
对每个细胞进行多通道、多靶点的荧光扫描检 测，由成像技术捕获图像信息后，经专用分析系统 进行多指标在线分析，最终高效率地定量获取药物
是否有抑制作用?? 抑制程度（%） ??
Fenghua Hu and Stephen M. Strittmatter, Yale University School of Medicine
J. Neurosci. 28(5):1262–1269, 2008
轴突生长
original image
segmented image
激光自动聚焦——无光毒性和光漂白 无药物干预对照组
GFP 细胞内表达，不会因为细胞凋亡而亮度下降 RFP，能够反映线粒体膜电位变化，能够反映出细胞凋亡
图像自动聚焦——强烈的光漂白和光毒性
“光引擎”固态光源： 1. 亮度高 2. 全光谱 3. 寿命长 4. 光源极其稳定
sCMOS： 1.低噪声，高灵敏 度 2. 高速度 3.高分辨率
http://mpibcms.biochem.mpg.de/en/rg/lipidrophe/index.html
胰岛素诱导脂肪的吸收和合成
H33342 segmentation
QBT FAU segmentation
Combined segmentation
胰岛素对于3T3-L1 脂肪细胞和成纤维细胞摄取的影响
7 6
5 4
3
2
1 0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
TimImeagePs oint
9
8 Control
7
6
5
4
3
2
1
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
对照
肾上腺素
维拉帕米
通过钙流检测心肌跳动
Positive Chronotropes
(speed up)
Negative Chronotropes (slow down)
Beats/ 23 sec
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1e-4
0.001
0.01
0.1
1
ConCcoencnenttrartiaon,tuiMon, M
生物学效应——免疫细胞分析
生物学效应评价——抗肿瘤药效分析 TNF- 诱导 NF-kB 核转位.
Andrea L. Kasinski, Yuhong Du, Haian Fu, et. al,
Mol Pharmacol 74:654–661, 2008
生物学效应评价——神经系统
Nogo-A的N-末端区域抑制轴突生长
细胞生物学研究
• 1. 研究的速度——实验速度、通量 • 2. 研究的深度——细胞学、亚细胞学 • 3. 研究的广度——细胞形态分析、蛋白表达、蛋白含
量、蛋白表达位置、蛋白表达变 化……
细胞生物学的研究工具： 流式细胞仪 显微镜（荧光显微镜、激光共聚焦显微镜、活细胞工作站等） 高内涵分析系统
流式细胞仪
TimeImPagoesint
iPSC诱导分化的心肌细胞
心肌跳动分析
Beats/min
Acetylcholine
55
50
45
40
35
30
25
-6 Control -2
0
2
4
Log[acetylcholine] μM
Caffeine
50
40
30
20
10 -5 Control -3 -2 -1 0 1 2 3 Log [Agonist] μM
• 轴突长度 • 分支 • 突起的笔直度 • 神经胞体面积
生物学效应评价——干细胞、前体细胞
Exploring the regulation of human neural precursor cell differentiation using arrays of signaling microenvironments
生物学效应评价——损伤与修复研究
Mol Cancer Ther 7(7). July 2008
细胞分散度检测
生物学效应评价——代谢（脂滴形成和利用）
Functional genomic screen
RNAi-mediated genomic screen
Nature 453:657, 2008
800
1148 1025
841 718
600
547
436
400
310
269
220
186
200
136
67 92 100
2
2
4 13 25 30
0
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005