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TekTalk —— 细胞增殖检测技术与方法讨论专题（一）
561 人阅读发布时间：2024-10-31 09:47
前言
监测细胞增殖可以为多细胞生物的组织形成和再生过程中的关键正常发育过程提供重要见解。使研究人员能够研究胚胎发育期间细胞如何生长和分裂以形成器官，以及受损组织如何修复。
细胞增殖也是疾病研究的一个关键方面，尤其是癌症生物学。恶性细胞的特征是生长不受控制，能够侵袭其他组织。准确测定癌细胞的增殖速率对于评价不同条件下的细胞特征以及评估癌症治疗的有效性和安全性至关重要。
在本期专题中，我们汇总了检测哺乳动物细胞增殖的常见方法，包括每种方法的优缺点。此外，我们还将为您推荐进行细胞增殖研究的有效策略和先进的仪器，特别是活细胞成像解决方案（如图 1 所示），相较于传统方法，其在很多方面都更有优势。
图 1. 用于测量细胞增殖的自动化活细胞成像方法概述
优化您的细胞增殖实验小 Tips
01 优化动力学细胞增殖检测的起始细胞数量
影响细胞增殖实验结果的一个重要因素是微孔板孔内的起始细胞数或细胞密度。例如，图 2 展示了起始细胞密度与达到 100% 融合度所需时间之间的关系。
图 2. 在 96 孔微孔板中，每孔起始 HT1080 细胞数与随时间汇合之间的关系
02 确保细胞均匀分布，以便精确评估增殖
样品容器内细胞的均匀分布，尤其是在微孔板中的细胞分布，是实现准确且可重现的细胞增殖检测的重要因素。接种后立即将样本容器放入培养箱中，通常会导致样本孔周边的细胞密度高于中心区域，这可能会给检测引入变异性和人为误差。这一现象是由于温度相对快速的变化所引起对流效应在培养基内产生的结果。为了减少此类效应，应在细胞接种后，将培养容器置于室温下约 30min，以使细胞均匀沉降，然后再将其转移到细胞培养箱中。
常见细胞增殖检测技术与方法比较
01 代谢活性检测：
用于评估细胞样品内细胞能量水平的均相检测方法（例如 MTT 和 CellTiter-Glo）。通常在微孔板检测仪（酶标仪）上进行。
优点
- 便捷：快速、简单、直接测量。
- 通量：兼容高达 1536 孔板的检测，支持自动化操作。
缺点
- 终点法读数：通常仅提供单一时间点的检测结果。
- 间接测量：可能受增殖以外的因素影响，例如细胞健康状况和代谢活性。
- 细胞毒性：某些试剂（例如 MTT）在长时间作用下可能表现出细胞毒性。
02 细胞增殖标志物：
该方法用于检测细胞增殖过程中特异性表达的蛋白质，如 Ki-67、PCNA 和磷酸化组蛋白 H3 等。通常使用荧光显微镜进行观察。
优点
- 高数据量：能够提供详尽的信息。
- 多重检测：可与其他检测技术/方法结合使用，进行全面分析。
缺点
- 终点法检测：一般仅能提供终点数据。
- 成本：需要特异性抗体，通常成本会更高。
- 处理步骤：检测前可能需要额外的处理步骤。
03 DNA 合成检测：
这种方法利用 BrdU 和 EdU 检测等技术，测定新合成 DNA 中核苷酸类似物的掺入情况。通常使用微孔板检测仪（酶标仪）或流式细胞仪进行检测。
优点
- 用途广泛：适用于各种应用（例如，免疫组织化学、流式细胞术和ELISA）。
- 非放射性方法：使用非放射性标记，操作更安全。
缺点
- 终点法检测：使用BrdU通常仅提供终点读数。
- 放射性方法：如使用放射性同位素，需要特殊处理和处置。
04 染料稀释法：
该方法使用荧光染料（例如 CFSE）标记细胞。随着细胞的分裂，染料浓度逐渐降低，从而通过荧光强度的减弱来测量细胞增殖情况。通常采用流式细胞仪进行评估。
优点
- 单细胞分辨率：能够提供对异质群体的深入洞察。
- 无放射性：避免了与放射性方法相关的问题。
缺点
- 细胞活力：某些染料可能会影响细胞活力/功能。
- 技术复杂性：需要仔细优化以确保结果可靠。
- 有限的长期跟踪能力：随着时间推移，荧光信号可能降到检测阈值以下。
05 实时细胞成像：
先进的成像技术能够实现对细胞增殖过程的实时监测。该方法提供了关于细胞行为及其分裂随时间变化的深度分析。
优点
- 直接读数：精确测量细胞数量随时间的动态变化。
- 数据标准化：能够解释不同处理和重复实验之间起始细胞数的可变性。
- 实时监测：实时细胞成像允许对细胞增殖进行连续观察，提供有关细胞生长与行为的动态数据。
- 非侵入性：无需破坏细胞，使同一群体在整个实验过程中得以持续监测。
- 高通量：自动化系统可以同时处理多个样本，适用于大规模研究需求。
- 定量和定性数据：先进的软件可以提供细胞融合度、细胞计数和其他参数的精确测量，从而减少主观偏差。
- 灵活性：适用于多种细胞类型和条件，包括无标记和非毒性荧光标记方法。
缺点
- 成本：与微孔板检测仪相比，高质量的活细胞成像系统和相关软件可能更昂贵。
- 数据管理：持续采集图像会产生大量数据，因此需要强大的数据存储和管理解决方案。
- 环境控制：对于传统显微镜来说，在成像过程中保持理想条件（例如温度、CO2 水平）可能具有挑战性。
- 潜在的伪影：长时间暴露在光和/荧光标记下会引入伪影或影响细胞活力。
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