活細(xì)胞成像儀在胚胎發(fā)育研究中的應(yīng)用

人類早期胚胎發(fā)育歷程
人類早期胚胎發(fā)育始于卵子受精，在此過(guò)程中形成了受精卵，受精卵隨后進(jìn)入卵裂期，會(huì)依次形成2細(xì)胞、4細(xì)胞、8細(xì)胞，然后發(fā)育成桑椹胚，再進(jìn)一步發(fā)育成囊胚。囊胚在子宮著床后進(jìn)入原腸運(yùn)動(dòng)，依次形成原腸胚、神經(jīng)胚，并最終進(jìn)入早期器官發(fā)生階段。

根據(jù)人類早期胚胎的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，大致可將胚胎期前60天的發(fā)育過(guò)程劃分為23個(gè)不同的階段，被稱為卡內(nèi)基階段（Carnegie stage，CS）。在這一過(guò)程中，不同譜系祖細(xì)胞的命運(yùn)受到嚴(yán)格調(diào)控來(lái)確保胚胎的正常發(fā)育。

類胚胎/胚胎模型
人類早期胚胎發(fā)育階段對(duì)于胎兒的健康出生至關(guān)重要。然而，由于倫理和技術(shù)的限制，人類早期胚胎發(fā)育的具體調(diào)控機(jī)制仍未完全解密。除了人類胚胎體外培養(yǎng)技術(shù)以外，以干細(xì)胞為基礎(chǔ)模擬人類真實(shí)胚胎結(jié)構(gòu)的體外模型被成功構(gòu)建，該模型被稱為“類胚胎/胚胎模型”。

通常胚胎模型可大致分為兩類：非整合型胚胎模型和整合型胚胎模型。這兩類最大的區(qū)別在于：整合型胚胎模型通常包含胚內(nèi)和胚外細(xì)胞類型，并具有發(fā)育成完整胎兒的潛力，而非整合型胚胎模型則不包含任何相關(guān)的胚外組織。

胚胎發(fā)育研究難點(diǎn)
異步性和異質(zhì)性
胚胎模型發(fā)育并不同步，導(dǎo)致表型差異巨大。

數(shù)據(jù)有限
使用傳統(tǒng)顯微鏡獲得有限的圖片，而無(wú)法記錄完整胚胎發(fā)育過(guò)程。

工具的局限
傳統(tǒng)的圖像分析方法對(duì)于處理這些復(fù)雜、三維、低信噪比的生物圖像常常力不從心，需要大量繁瑣和主觀的人工操作。

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)流程圖

如何捕捉細(xì)胞稍縱即逝的“生命瞬間”？
活細(xì)胞成像技術(shù)，正是您解答動(dòng)態(tài)生物學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵所在！
活細(xì)胞成像儀，一臺(tái)安裝在培養(yǎng)箱的實(shí)時(shí)記錄細(xì)胞變化的顯微鏡，是一種綜合了顯微鏡技術(shù)、圖像處理技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的先進(jìn)科研工具，能夠長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)觀察和記錄活體細(xì)胞形態(tài)變化的生物學(xué)過(guò)程。

活細(xì)胞成像儀在胚胎發(fā)育研究中的優(yōu)勢(shì)：從靜態(tài)快照到動(dòng)態(tài)電影

①動(dòng)態(tài)記錄胚胎發(fā)育過(guò)程
在維持胚胎活性和正常發(fā)育的前提下，進(jìn)行數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的無(wú)損、連續(xù)成像，完整記錄從受精卵到早期胚胎的每一個(gè)關(guān)鍵事件（如卵裂、囊胚形成等）。

②無(wú)侵入式觀察，保護(hù)胚胎狀態(tài)
可避免反復(fù)取出樣品導(dǎo)致溫度、CO2波動(dòng)，減少對(duì)細(xì)胞的干擾。

③胚胎多維度信息獲取
獲取三維空間結(jié)構(gòu)，還能生成動(dòng)態(tài)發(fā)育圖譜，直觀展示細(xì)胞譜系追蹤、組織形態(tài)發(fā)生等過(guò)程。

④提升統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)效率
每個(gè)胚胎都是自身的對(duì)照，大幅減少樣本數(shù)量差異，提高數(shù)據(jù)一致性和可重復(fù)性。

活細(xì)胞成像儀
在胚胎發(fā)育研究中的文獻(xiàn)案例
腫瘤易感基因101（TSG101）最初在成纖維細(xì)胞中被鑒定為抑癌基因，在早期發(fā)育階段，Tsg101的缺失會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期缺陷、溶酶體內(nèi)結(jié)構(gòu)異常和自噬空泡的積累，最終導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。

在“Peripubertal requirement of Tsg101 in maintaining the integrity of membranous structures in mouse oocytes”這篇文章中，將Tsg101f/f小鼠與Zp3cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交，以研究Tsg101基因?qū)β涯讣?xì)胞的特異性作用。實(shí)驗(yàn)老師通過(guò)實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)卵母細(xì)胞形態(tài)變化，后通過(guò)免疫熒光染色、q-PCR、透射電鏡等研究在Tsg101缺失的情況下導(dǎo)致卵母細(xì)胞死亡的原因。

研究人員從Tsg101f/f和Tsg101d/d小鼠身上收集了不同時(shí)期的卵母細(xì)胞并在體外進(jìn)行了成熟過(guò)程觀察。對(duì)不同時(shí)間的卵母細(xì)胞進(jìn)行分組后進(jìn)行實(shí)時(shí)成像觀察，實(shí)驗(yàn)老師使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)延時(shí)記錄，間隔1h拍攝一輪，共拍攝12h。通過(guò)圖片&視頻結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，處于 21-27 天的小鼠（I 組）和 28 天以上的小鼠的表型明顯不同。Ⅰ組 Tsg101d/d 小鼠約 10% 的卵母細(xì)胞出現(xiàn)異常，而Ⅱ組 Tsg101d/d 小鼠高達(dá) 80% 的卵母細(xì)胞在 12 h 前退化或萎縮。