3D無標記斷層掃描技術(shù)探索巨噬細胞防疫功能及納米材料毒性

                                 ------Nanolive 3D cell Eexplorer

 

 

巨噬細胞在傷口愈合過程中起著重要作用，是一類在吞噬過程具有內(nèi)吞和消化外界物質(zhì)潛能的白細胞。在血液中，存在一些未分化的白細胞即單核細胞，單核細胞可以分化為其他的細胞如巨噬細胞或樹突狀細胞。

 

動物或人在被病毒或其他有害微生物感染后，單核細胞將離開血液并在其他細胞釋放的生長因子作用下到達感染區(qū)域，這些單核細胞經(jīng)過一系列的變化，最終變?yōu)槌墒斓木奘杉毎�，成為第一道防御系統(tǒng)，被稱作初始免疫系統(tǒng)，是非特異性免疫，也起適應(yīng)性免疫的作用。在適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，巨噬細胞會特異針對某些免疫原如致病微生物，將病原體消化并將抗原傳遞到T輔助細胞，抗原作為識別病原體的表面蛋白，幫助免疫系統(tǒng)識別感染。此抗原傳遞過程導致T輔助細胞刺激B細胞產(chǎn)生抗體，該過程可以幫助我們獲得免疫對抗感染過程中的整個光譜圖；當巨噬細胞進入免疫反應(yīng)時也幫助傷口愈合和肌肉再生，這也證明其在腫瘤的生長及發(fā)展過程起作用 。

 

了解巨噬細胞在顆粒上的行為，可以給研究者提供有價值的信息如細胞在健康和疾病組織中是如何作用的，可以基于傷口愈傷組織去尋找治療潛伏性疾病如癌癥的處理方法。

 

同時對活細胞如巨噬細胞成像給研究者提供了一個有價值的透視，及其可能在臨床上的應(yīng)用。針對這些信息，研究者能更有目標性的提升他們的研究，能夠更快的探索從研究到臨床的應(yīng)用。

 

3D Cell Explorer提供了獨特、簡易的方法可發(fā)現(xiàn)巨噬細胞在各種情況下的相互作用，并且可以進行動態(tài)的研究，這樣能快速模擬了解細胞如何應(yīng)對不同環(huán)境，刺激及處理。

 

這款獨特新穎的 3D 顯微鏡，無需標記，染色，或其他干擾即可探測細胞內(nèi)部；細胞被析出然后放在Nanolive 3D 顯微鏡上成像，無需樣本準備的實時觀測，可即時獲取完整細胞的高分辨率影像，系統(tǒng)利用全息斷層掃描對比細胞不同成分的折射率，獲取無標記的3D 圖像，通過STEVE軟件進行數(shù)字染色，將基于不同折射率的不同特征區(qū)分開。并且影像可輸入第三方3D 影像分析軟件做進一步的詳細分析，可精確的觀察和記錄細胞的行為和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。

 

3D Cell Explorer 對活巨噬細胞功能研究獨特優(yōu)勢：

圖1. 培養(yǎng)在MatTek 30mm的培養(yǎng)皿中的RAW264.7巨噬細胞，使用Nanolive 3D Cell Explorer全息顯微鏡成像。細胞用LPS即細菌外殼蛋白刺激后成像。

注：[圖片與研究來自昆士蘭大學分子生物科學研究所團隊]

 

自1980年以來，納米技術(shù)已經(jīng)成為越來越重要的研究課題，隨著2000年亞微米研究資金增加，美國總統(tǒng)克林頓倡議建立了國家納米技術(shù)以協(xié)助納米技術(shù)研究。

 

研究人員和現(xiàn)在的商業(yè)組織也正在生產(chǎn)諸如食品添加劑，顏料，藥物和具有納米尺寸顆粒的化妝品的材料，但是這些材料對人類健康的影響還需要進行更多研究。納米醫(yī)學領(lǐng)域的技術(shù)正在快速向前發(fā)展，因納米顆粒存在各種潛在用途，包括生物傳感器以及靶向和受控的藥物遞送載體。

 

眾所周知，粒度在1nm至100nm范圍內(nèi)的材料具有與較大粒度材料相同的化學性質(zhì)，但與大粒度材料的性能不同。盡管這些材料的一些有益性能如電子，光學，強度等已被利用，但這些材料對人體健康的影響尚未得到很好的證明。在醫(yī)學領(lǐng)域中使用這些納米顆粒是一個巨大的進步，但這仍需進一步研究以發(fā)現(xiàn)這些顆粒是如何與細胞和組織相互作用的，確認身體是否需要經(jīng)受毒性考驗。各種構(gòu)象特征（形狀，大小，表面性質(zhì)）對納米顆粒的毒性具有一定影響，并且可能因細胞和組織類型不同而發(fā)生變化。

 

因此，尋找簡單和低成本效益的方法觀察納米顆粒與細胞材料的相互作用，對于醫(yī)學研究是非常有益的。Nanolive 3D Cell Explorer提供了一種獨特和簡單的方法可以實時觀察活細胞和納米顆粒之間的相互作用。

 

3D Cell Explorer是一款獨特新穎的3D顯微鏡，整合全息及360度旋轉(zhuǎn)光源的斷層掃描技術(shù)，在無需標記，染色或其他干擾作用下，用戶即可深入觀測活細胞內(nèi)部。同時幾乎不需要樣品制備，可對細胞實時成像，并即時獲取整個細胞的高分辨率圖，幫助您觀察和記錄細胞的行為和內(nèi)部的變化。并且Nanolive 3D Cell Explorer的斷層掃描全息成像方式，可測量細胞各組分的折射率，并將測量后的信息重構(gòu)成詳細的細胞3D圖像。并通過STEVE軟件基于折射率的差異對圖像進行數(shù)字染色以區(qū)分不同的細胞區(qū)域。圖像也可以導出到第三方3D圖像分析軟件程序，進行更詳細的分析。

•納米材料和生物材料具有明顯不同的折射率，使得它們易于分辨

•可以觀察到納米顆粒的同化和聚集

•可以監(jiān)測細胞行為，包括死亡

•非侵入式

•低功率照明

•快速獲取

•低光漂白效應(yīng)

•量化4D數(shù)據(jù)

•可以實時捕獲圖像

 

圖2. 肝納米毒性研究：監(jiān)測肝細胞攝取納米金剛石顆粒（細胞內(nèi)部的黑點）。本研究收集的圖像顯示這些特定的納米顆粒如何在肝細胞內(nèi)被吸收和積累。一段時間后，發(fā)現(xiàn)納米顆粒是有毒的，其導致肝細胞的最終凋亡及死亡。

備注：圖片由藥廠的Dr. Wojtek Chrzanowski和悉尼大學的澳大利亞納米科學技術(shù)研究所的團隊提供。