與早期的成像系統相比，活細胞的3D成像為研究人員呈現了細胞及其組分的更詳細、也更準確的空間視圖。而之前，成像過(guò)程本身對細胞有毒，而導致一些人為的假象出現。技術(shù)進(jìn)步讓3D成像成為許多應用的重要工具，如細胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)以及癌癥研究。當前的技術(shù)比以往更加準確，能實(shí)時(shí)給出數據，幾乎不需要細胞制備。下面，我們就給大家介紹一下最新的3D成像系統。

     多樣化的選擇 

     活細胞3D成像系統有許多不同的種類(lèi)，如共聚焦、光聲、激光片層和全息斷層等。共聚焦技術(shù)的最新發(fā)展降低了對細胞的光毒性，并改善了時(shí)間分辨率。例如，PerkinElmer的UltraVIEW VoX 3D活細胞成像系統利用轉盤(pán)式顯微鏡來(lái)保護細胞的健康。“轉盤(pán)式顯微鏡讓研究人員通過(guò)延時(shí)實(shí)驗來(lái)觀(guān)察活細胞，同時(shí)讓細胞接觸的光子劑量最小，”PerkinElmer高內涵成像儀器的產(chǎn)品總監Jacob Tesdorpf談道。

     而新型的Flash4 sCMOS相機為UltraVIEW VoX帶來(lái)了更佳的靈敏度和更高的幀速率，讓“科學(xué)家在每秒鐘能捕獲更多圖像，比以往更快地分辨細胞內的過(guò)程，”Tesdorpf說(shuō)。UltraVIEW VoX 3D活細胞成像系統適用于共同定位、熒光漂白恢復（FRAP）和熒光共振能量轉移（FRET）等應用。

     GE Healthcare的DeltaVision Elite是一款高分辨率的熒光顯微鏡系統，也適合活細胞3D成像。GE Healthcare生命科學(xué)部的科學(xué)總監Paul Goodwin表示，成像數據的去卷積讓研究人員能夠進(jìn)一步改善圖像。“特別是高分辨率的細節，能通過(guò)測定系統的光學(xué)性能而改善，”Goodwin說(shuō)。“我們利用去卷積來(lái)更好地估計熒光在哪里，以及有多少是真正在那里。我們讓客戶(hù)能始終如一地達到衍射極限。”

     DeltaVision OMX的3D-SIM超高分辨率模式最初并不是為活細胞成像而設計的。不過(guò)，在一年前，“我們意識到，我們能夠將它用在活細胞方面，”Goodwin談道。“我們讓它快了40-50倍。”據Goodwin介紹，他們公司的系統特別適合細胞生物學(xué)和微生物學(xué)，以及發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的部分應用；不過(guò)不太適合大腦的深度成像或斑馬魚(yú)發(fā)育研究。“對于這些應用，其他工具更適合，如共聚焦或雙光子顯微鏡，”他說(shuō)。

     蔡司的Lightsheet Z.1成像系統使用激光片層熒光顯微鏡，它使用較少的光而獲得3D圖像。激發(fā)和檢測光路被分離成相互垂直的軸。由于激發(fā)光束一次只照亮一個(gè)薄薄的光學(xué)片層，故細胞暴露的時(shí)間更短，光損傷程度更低。它的軟件也利用去卷積來(lái)改善圖像。

     Endra Life Sciences的Nexus 128是一種活細胞的光聲3D成像系統。它利用光學(xué)成像和超聲波來(lái)提供圖像，而不需要任何造影劑。不同類(lèi)型的軟組織在吸收激光上的表現不同，這形成了固有的對比，而不需要染料或探針。但是，如果特殊的應用需要造影劑，Nexus 128也可以使用近紅外染料或為光聲成像而優(yōu)化的熒光探針。

     高內涵3D成像 

     高內涵成像也得益于活細胞3D成像的進(jìn)步。目前，一些供應商也提供帶3D功能的高內涵成像系統，用來(lái)收集高內涵的成像數據，以快速篩選大量細胞。例如，       PerkinElmer新上市的Opera Phenix?高內涵篩選系統帶有專(zhuān)利的Synchrony光學(xué)組件，結合了Nipkow轉盤(pán)和雙向觀(guān)測共聚焦光學(xué)系統，這使得它適合篩選應用，并為3D細胞培養提供了高分辨率的圖像。

     GE Healthcare的IN Cell Analyzer 6000，另一款高內涵3D成像系統，有著(zhù)虛擬共聚焦的光圈，可根據不同的光照條件來(lái)調整，以?xún)?yōu)化圖像質(zhì)量。盡管只有短短幾年時(shí)間，但IN Cell Analyzer的可變光闌線(xiàn)掃描技術(shù)也在呈現增長(cháng)態(tài)勢，Goodwin談道。

     未來(lái)的創(chuàng )新 

     近期學(xué)術(shù)界的創(chuàng )新已醞釀出一些新型的活細胞3D成像系統。例如，伊利諾伊大學(xué)Gabriel Popescu實(shí)驗室開(kāi)發(fā)出的白光斷層，可通過(guò)配有SLIM模塊的相差顯微鏡對細胞成像。這種技術(shù)能夠隨著(zhù)時(shí)間的推移而產(chǎn)生3D圖像，但細胞不受干擾。

     另一種技術(shù)被稱(chēng)為SCAPE顯微鏡，是由哥倫比亞大學(xué)醫學(xué)中心的Elizabeth Hillman實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的。SCAPE比激光片層、激光掃描共聚焦和雙光子顯微鏡更快，可以在不干擾細胞的情況下成像。它最適合成像淺層或透明的生物，因為它不能穿透得很深。

     霍華德?休斯醫學(xué)研究所的Eric Betzig實(shí)驗室則開(kāi)發(fā)出晶格層光光學(xué)顯微鏡（lattice light sheet microscopy），產(chǎn)生筆狀光束以形成類(lèi)似片狀的光。各個(gè)光束之間的干涉產(chǎn)生了2D晶格，以每秒1000個(gè)平面的速率掃描細胞。這種技術(shù)十分快速，但也特別溫和；最大限度減少了光毒性和光漂白。

     隨著(zhù)商業(yè)產(chǎn)品和自行設計系統的不斷進(jìn)步，研究人員開(kāi)展活細胞3D成像的工具也在大大改進(jìn)。那些希望從細胞中獲得更多信息的科學(xué)家將從這些產(chǎn)品中受益，實(shí)現新的發(fā)現，并獲得令人振奮的結果。