文献合集| 活细胞成像仪于免疫研究的应用研究

奋斗的小鸟

01.产品介绍

HoloMonitor是一款适用于细胞培养箱的无侵入实时活细胞成像系统，采用数字全息影像技术（digital holographic cytometry)，实现真正的无标记，无伤害全自动活细胞成像。该仪器可以长期稳定的在细胞培养箱或者低氧/缺氧小室运行并实时监视细胞的生长及变化，还原最真实的细胞成长状态，在无任何人为干预的情况下获得最可靠的生物学相关数据。
HoloMonitor活细胞成像系统使用数字全息成像技术，以激光为相干光源，利用干涉原理记录物体波前信息的全息图，通过数值重建来获得被测样品的相位和振幅信息完成三维数字重建。真正做到无标记无侵入的同时完成视野内所有细胞的3D成像，无需扫描，无光漂白，即可实现单个细胞和种群的3D成像以及提供完整的细胞形态学参数定量 ，可广泛应用于细胞增殖，分化，迁移，凋亡，毒理等方面研究。

02.主要应用

一个样品能得出多个数据
HoloMonitor的应用可以分为预制应用和分析应用，预制应用是已经设置好的、简单易操作并且试验结束后会自动生成种群层面数据的应用。而分析应用是在种群数据的基础上，分析单个细胞、一个集团细胞、一个时间点的细胞或者某一帧细胞的具体数据的应用。
预制应用
1.1细胞质控
  细胞计数、体积、面积、直径、细胞密度。
1.2细胞繁殖
  细胞计数曲线图（cell/cm2）、贴壁密度曲线图（%）。
1.3细胞计数
  细胞数、平均细胞体积、平均细胞面积、体积与面积柱状图。
1.4细胞迁移
  平均细胞迁移速度、平均细胞迁移距离
1.5剂量效应
  细胞数、细胞密度、平均细胞体积
02分析应用
2.1单细胞追踪
  2.1.1运动轨迹图（细胞迁移、细胞运动、运动速度、运动方向）
  2.1.2细胞特征图（体积、面积、不规则度厚度、质地）
  2.1.3细胞分裂次数、细胞周期
2.2伤口愈合
  间隙合拢时间；细胞覆盖面积；细胞前端运动速度；单个细胞的迁移距离、迁移方向、运动距离以及运动速率。
2.3细胞形态
  检测30+细胞形态学数据，包括面积、厚度、体积、不规则度、质地等。

03.专业突出性能

1. 体积小，价格好
在设计之初，HoloMonitor活细胞成像系统追求紧凑性，让其可以轻松地放入细胞培养箱中，并且在高湿度的环境下长时间运行，在没有人为干扰，不移动细胞，不影响细胞培养环境的情况下实时监测细胞，最小化对细胞的干扰，最大化实验的效率。相比传统的“终点法”，实时监控获得的数据更丰富，准确和灵活。
2. 好设置，易上手
HoloMonitor 活细胞成像系统操作简便，易于学习，无需复杂耗时的培训，任何人都可以轻松掌握。同时的安装简单明了，不需要任何复杂的设备，只需要一台普通的电脑就可以稳定运行，真正的做到从开箱到开工只需4小时。
除此之外，HoloMonitor活细胞成像分析系统采用的自动对焦技术极大的节省了调焦时间 ，同时配套的图像分析App Suite软件，能够在完成多点图像捕获及视频输出的同时兼具高内涵数据分析，自动生成实时结果，极大的简化了数据分析过程。


04.应用方向—免疫方面

1. 伤口愈合

49%伤口愈合慢的人可能是糖尿病；23%的人存在自体免疫系统疾病，如类风湿关节炎、狼疮或青斑样血管炎等。
伤口愈合实验是最常见的研究细胞迁移的体外实验，如何提供最准确的伤口闭合时间与速率一直是伤口愈合实验的重中之重。HoloMonitor活细胞成像系统允许用户在细胞培养箱中长期不间断的监测伤口愈合，并可以直接伤口愈合率的曲线图以及伤口愈合视频。为用户提供更直观更准确的伤口愈合分析。并且所有的数据都可以直接导出到Excel中，方便用户随时深入分析数据。
伤口愈合应用案例1

上皮损伤和上皮内肥大细胞（MC）增加是哮喘的特征。S. Mogren及其同事旨在确定MC介质类胰蛋白酶和蛋白酶激活受体2（PAR2）在上皮伤口愈合中的作用。研究表明，肥大细胞类胰蛋白酶通过促进人支气管上皮细胞迁移促进伤口愈合。S. Mogren及其同事采用HoloMonitor M4研究类胰蛋白酶和PAR2刺激或抑制剂治疗前后的细胞迁移、伤口愈合间隙闭合率和细胞形态学[1]。



图1 在支气管上皮细胞系 BEAS-2B的伤口间隙模型中，上皮内肥大细胞（MC）类胰蛋白酶诱导细胞迁移、运动和细胞速度增加。

伤口愈合应用案例2

标准2D细胞培养不模拟生理条件，导致研究结果并不总是适用于体内。本研究的重点是开发细胞友好的方法，其中细胞在基质凝胶中生长，以创造生理相关的环境。Hellesvik及其同事使用HoloMonitor M4监测不同浓度基质凝胶中的细胞形态、增殖、迁移和运动[2]。



图2 HoloMonitor M4监测单层3D制剂中的伤口愈合侵袭

2. 免疫治疗

免疫治疗是指针对机体低下或亢进的免疫状态，人为地增强或抑制机体的免疫功能以达到治疗疾病目的的治疗方法。免疫治疗的方法有很多，适用于多种疾病的治疗。根据治疗所用的制剂，可分为分子治疗、细胞治疗和免疫调节剂治疗。
分子治疗应用案例

具有免疫调节特性的新型佐剂和抗原递送系统将过敏性Th2反应转变为Th1或调节性T细胞反应，是过敏原特异性免疫治疗所需的。本研究表明，200 nm大小的可生物降解聚（γ-谷氨酸）（γ-PGA）纳米粒子（NP）是人类单核细胞衍生树突状细胞（MoDCs）的活化剂。γ-PGA NP被未成熟的MoDCs有效内化，强烈刺激趋化因子和炎性细胞因子的产生，以及协同刺激分子和免疫调节介质的上调（涉及低效T细胞启动）。这项研究表明，γ-PGA NP有望作为复杂的佐剂和过敏原传递系统用于过敏原特异性免疫治疗。本研究使用HoloMonitor M2研究细胞形态[3]。



图3 HoloMonitor M2可视化了 NP 内化过程中 MoDC 形态的变化。对收集到的显微镜数据的分析表明，细胞面积随着时间的推移而增加，而细胞不规则度和离心度，即衡量形状偏离圆的程度，则有所下降（数据未显示），说明了细胞形态的显著变化。

细胞治疗应用案例

体内肿瘤微环境不仅限于肿瘤细胞本身，还包括多种免疫细胞。在这项研究中，研究人员探讨了中性粒细胞与小鼠肿瘤细胞共培养的细胞毒性作用。中性粒细胞要发挥其杀伤细胞的作用，就必须到达靶细胞，即肿瘤细胞。通过使用HoloMonitor 的细胞运动和迁移分析，科学家们可以探索在不同条件下中性粒细胞接近癌细胞的能力是如何受到影响的[4]。



图4 Holomonitor M4 成像系统监测细胞的运动和迁移。

免疫调节剂治疗应用案例

研究者发现，根据需要适当调节机体的免疫反应是一种有效的治疗方法，比如可以阻止病原菌的感染、抑制自身免疫和炎症反应以及引起自发引起癌症患者的抗癌免疫反应。目前可用的免疫调节治疗方式主要是用于抗感染，研究者们主要利用天然的免疫调节剂来纠正后天性或者先天性的免疫缺陷；最主要的是免疫佐剂，可以定向增强人类机体的免疫效用，Ross以及同事探讨了血管血红素氧合酶-1（HO-1）的生理作用及其与系统性硬化症（SSc）的心血管并发症的相关性。结果表明，HO-1的抑制能显著降低内皮细胞的增殖和细胞运动（迁移）。Ross以及同事使用HoloMonitor研究HO-1激活剂和选择性抑制剂存在下内皮细胞的形态和功能特征[5]。



图5.抑制HO-1降低HUVEC细胞的迁移、运动和运动速度。

参考文献：

[1] Mogren S, Berlin F, Ramu S, et al. Mast cell tryptase enhances wound healing by promoting migration in human bronchial epithelial cells[J]. Cell Adh Migr, 2021,15(1):202-214.
[2] Hellesvik M, Øye H, Aksnes H. Exploiting the potential of commercial digital holographic microscopy by combining it with 3D matrix cell culture assays[J]. Sci Rep, 2020, 10(1):14680.
[3] Broos S, Lundberg K, Akagi T, Kadowaki K, Akashi M, Greiff L, Borrebaeck CA, Lindstedt M. Immunomodulatory nanoparticles as adjuvants and allergen-delivery system to human dendritic cells: Implications for specific immunotherapy[J]. Vaccine, 2010, 28(31):5075-5085.
[4] Gershkovitz M, Fainsod-Levi T, Zelter T, et al. TRPM2 modulates neutrophil attraction to murine tumor cells by regulating CXCL2 expression[J]. Cancer Immunol Immunother, 2019, 68(1):33-43.
[5] Ross RL, Mavria G, Del Galdo F, et al. Downregulation of Vascular Hemeoxygenase-1 Leads to Vasculopathy in Systemic Sclerosis[J]. Front Physiol, 2022, 13:900631.

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