使用高内涵成像分析系统做 3D 实验：3D 细胞模型篇

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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。

在微孔板中直接 3D 培养好的细胞或转移到一块成像微孔板内的细胞，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能够在单个集成界面中筛选和分析这些模型，以大大缩短获得发现所需的时间。

癌症涉及细胞的改变，包括使细胞脱离正常限制生长和分裂，从而侵袭和破坏相邻组织，并最终转移至身体远端部位。癌细胞球远比标准 2D 细胞培养更有效地模拟肿瘤行为。此类 3D 细胞球模型已成功用于环境筛选以鉴定潜在癌症治疗方法。

癌症研究人员需要更好的研究工具，使他们能够更容易地研究复杂的、未知的癌细胞与其环境之间的相互作用，并确定癌症治疗干预点。

为加速开发有效和安全的药物，对适用于药物发现和毒理学筛选的更复杂、更具生物相关性和预测性的细胞水平检测的需求越来越大。

我们证明，采用由人 iPSC 源性细胞形成的 3D 神经细胞球进行的功能性和形态学分析可用于评价候选药物和神经毒性评估。

活细胞成像和 3D 模型可对化合物的药性和毒性提供更好的预测。我们展示了用于形成源自人 iPSC 源性细胞的 3D 细胞球的方法。

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。细胞在胞外基质（ECM）中培养以模拟体内环境。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。

细胞球为多细胞 3D 结构，可模拟体内细胞应答和相互作用。它们具有高度可重复性，适合高内涵筛选。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。

干细胞是类原代细胞的主要来源之一， 其可用于长期研究以检测特定细胞类型和 3D 组织中的靶向应答。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。

果蝇、秀丽隐杆线虫和斑马鱼等模型系统可提供与人类生物学的相关性，而且具有基因和整个有机体表型筛选的额外优势。

由于成本和空间要求较低、代时较短以及易于基因操作，斑马鱼筛选作为哺乳动物细胞筛选的一种替代方法已受到人们的青睐。我们的斑马鱼研究使用 ImageXpress Micro 系统和 MetaXpress 软件来设置和运行自动成像筛选，以监测血管生成抑制、定量基因敲除并测定耳毒性和神经毒性。