細胞生物學,、分子生物學
近年來,,致力于活細胞成像(Live Cell Imaging *又被稱為活細胞成像、延時拍攝成像)的研究人員不斷增加,。因為這種方式無需固定細胞,,可觀察細胞原始結(jié)構(gòu)變化。但是,,以活細胞為對象的觀察難度高,,會耗費很長的觀察時間,經(jīng)常會有研究者因此失敗,。
為此,,我們特意面向備受活細胞成像失敗困擾及今后要開展相關(guān)實驗的人士,匯總了常見的3大失敗事例及其對策,,現(xiàn)介紹如下,。
活細胞成像的失敗事例1:細胞衰弱
活細胞成像的失敗事例2:焦點模糊
活細胞成像的失敗事例3:細胞逃離視野
使活細胞成像實驗效率大幅提高的方法
在活細胞成像期間或結(jié)束后查看細胞的情況,,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)細胞從中途開始衰弱、細胞死亡,、細胞變?yōu)橐庀氩坏降臓顟B(tài)等現(xiàn)象,。導致這些現(xiàn)象的原因可分為以下幾種。
熒光觀察時,,激發(fā)光的波長越短或光照越強,,對細胞造成的損傷也就越大。這就是所謂的“光毒性*1",,不僅會導致細胞因受損而衰弱,、死亡,還有可能會造成出乎意料的影響,。
對策
請盡可能使用靈敏度高的相機
請并用增益*2 ,、Binning*3 等設定,即使較弱的熒光也能感知
請盡量調(diào)弱激發(fā)光
進行拍攝設定時也請盡量避免照射激發(fā)光
請盡可能減少要拍攝的張數(shù)
不進行拍攝時請切斷激發(fā)光
*1:光毒性:通常指照射的光造成的損傷,,但是在熒光觀察時,,指細胞產(chǎn)生的活性氧使周圍的細胞遭受損傷。
*2:增益:對相機接收的信號進行放大,。放大程度越高(調(diào)高增益),,顯示的畫面越明亮。雖然像素數(shù)不會變,,但是會產(chǎn)生噪點,。
*3:Binning:虛擬地結(jié)合周圍的像素,放大單位像素接收的光信號的功能,。噪點較調(diào)高增益時更少,,但是像素數(shù)會減少。
多數(shù)細胞都喜歡與生物體內(nèi)相同的環(huán)境,。以人類細胞為例,,在培養(yǎng)室及培養(yǎng)用恒溫箱中,基本上都需要滿足溫度37℃,、二氧化碳濃度5%,、濕度95%以上的條件。如果沒有穩(wěn)定供給這一條件,,細胞就會衰弱,,很難獲得準確數(shù)據(jù)。
對策
請使用可以穩(wěn)定提供適合環(huán)境(溫度,、二氧化碳濃度,、濕度)的培養(yǎng)室及恒溫箱
在室溫變化大的季節(jié),請使用空調(diào)等保持室溫穩(wěn)定
請避免空調(diào)等的風直接吹到樣品。
使用多孔培養(yǎng)板時,,請使用水分不會蒸發(fā)的型號
有的細胞容易受容器上附著的菌、污染物的影響,。此外,,移液管等實驗用器械可能也會導致支原體污染*4、交叉培養(yǎng)污染 *5,。
對策
實驗時,,請確保使用的容器、移液管等周邊用品設備均為無菌狀態(tài)
請盡量避免攜帶細胞移動
*4:支原體污染:由支原體引起的感染,。在細胞株被污染的眾多原因中,,是極為普遍的現(xiàn)象之一。
*5:交叉培養(yǎng)污染:正在操作中的細胞混入其他細胞,。多為器械原因混入,。
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耗時許久的實驗終于結(jié)束,,一看得到的數(shù)據(jù),,卻發(fā)現(xiàn)焦點從中途就模糊了。這種現(xiàn)象是較多的失敗事例之一,。許多研究者都經(jīng)歷過這種失敗,,但只要理解其中的原因,其實是可以主動避免的,。
如果在接通裝置電源后馬上進行拍攝設定,,焦點在設定期間可能就會發(fā)生偏移,。這是因為接通電源后的一段時間內(nèi),容器內(nèi)的培養(yǎng)液會發(fā)生對流,,細胞也會移動,。觀察設備等也會因溫度變化而出現(xiàn)一定的膨脹現(xiàn)象,,使焦點發(fā)生偏移。在觀察漂浮細胞,、粘附細胞時,,都需要注意拍攝設定中與拍攝中的溫度偏差。
對策
請在放置細胞前用空容器暖機運行30分鐘,,
暖機運行后放置細胞,,在設定焦點等之前還要等待30至60分鐘
*7:溫度漂移:溫度變化導致漂浮的細胞運動的現(xiàn)象、因裝置自身的膨脹使對焦位置錯開的現(xiàn)象,。
活著的細胞在分裂時尤其會朝上下方向(Z方向)運動,。因此,如果在分裂的瞬間用高倍率進行單次自動對焦拍攝,,焦點會發(fā)生偏移,。
對策
請使用景深*8大的低倍鏡頭
如果是高倍率,請使用自動對焦功能或Z棧功能
在活細胞成像中采取上述預防措施,,可切實防止焦點偏移,。此時,為了盡量縮短照射激發(fā)光的時間,,盡量縮小自動對焦及Z棧的設定范圍*9也是非常關(guān)鍵的,。
*8:景深:表示對焦的范圍。一般NA越高景深越淺,。
*9:Z棧的設定范圍:Z棧是對不同的Z位置數(shù)據(jù)進行多張拍攝的功能,。拍攝范圍越大移動步徑越小,可獲得的信息越多,,但是細胞的損傷也相應地增加,,因此希望以盡可能少的張數(shù)進行設定。
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實驗后觀看數(shù)據(jù)時,有時會發(fā)現(xiàn)細胞已經(jīng)中途移到了視野范圍外,。要是細胞在目標現(xiàn)象尚未完成時發(fā)生了移動,,就只能重做實驗。
實驗時間越長,,細胞逃離視野范圍的可能性越高,。只要細胞是活著的,就無法避免這一問題,。相信大家都在各類論文中讀到過觀察細胞細節(jié)的數(shù)據(jù),。其中的絕大多數(shù),都是通過高倍率反復進行多次拍攝后獲得的結(jié)果,,需要耗費大量的時間和精力,。
要切實避免失敗,較好的方法就是一次性拍攝多點,,或者是讓視野追隨移動的細胞進行拍攝,。
對策
請用倍率低的鏡頭拍攝大的視野
請一次拍攝多個部位
低倍率觀察時視野較大,細胞不易逃離視野,,可切實捕捉細胞,。但使用低倍率,卻無法觀察細胞的細節(jié),。曝光時間也會變長,,如觀察對象在拍攝期間運動,圖像也可能會發(fā)生抖動*10,,故請注意,。
*10:曝光時間和圖像抖動:調(diào)弱激發(fā)光,曝光時間自然變長,。如果在打開快門期間細胞動了,,圖像就會抖動。要防止這種現(xiàn)象,,使用高靈敏度的相機是一種有效的辦法,。
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一直以來,,要獲得更好的研究成果,,就必須重復進行更多次的實驗,獲取更多的信息,。但是活細胞成像實驗的單次耗時很長,,多次重復會耗費大量的時間。特別理想的狀態(tài),,就是能夠在單次實驗中獲取盡可能多的信息,。
基恩士的一體化熒光顯微成像系統(tǒng)“BZ-X800系列",能夠解決活細胞成像“單次實驗可獲得的信息量"問題,??梢淮涡垣@取2倍、4倍,、20倍等不同條件下最多999個點的數(shù)據(jù),。設定操作也很簡單,可縮短過去用于系統(tǒng)準備及使用者培訓的時間,。
熒光顯微成像系統(tǒng) 產(chǎn)品目錄
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如需進一步了解詳情
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