活細胞成像(live cell imaging)統(tǒng)稱為捕捉活的、活動狀態(tài)的細胞圖像的技術(shù),這些細胞圖像可以是單個靜態(tài)圖像,也可以是延時系列圖像。相應(yīng)地,活細胞成像的應(yīng)用可以分為兩大類:
1、細胞在自然狀態(tài)下的圖象記錄
2、實時觀察和記錄細胞、組織或整個生物體的動態(tài)過程
活細胞成像在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用一直在上升,這在很大程度上是由于熒光標記技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和光學(xué)方面的技術(shù)進步。
20世紀60年代早期綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)和20世紀90年代以來其許多衍生物的廣泛使用標志著顯微鏡新時代的開始。熒光蛋白的使用,
無論是單獨使用還是在產(chǎn)生融合型熒光蛋白后使用,都使細胞和細胞成分的監(jiān)測成為可能,可用的蛋白質(zhì)和酶靶的數(shù)量不斷增加。
正如前面所提到的,活細胞成像的第二個也是更明顯的優(yōu)勢是,它能夠記錄細胞、組織或整個生物體發(fā)生的動態(tài)過程。從細胞分裂到細胞在培養(yǎng)物和有機切片中的遷移,
到細胞器的運動和轉(zhuǎn)換,到鈣成像,大量的過程可以被實時可視化和記錄。熒光標記標記特定的細胞器,其光譜行為的變化與細胞和細胞器內(nèi)的化學(xué)變化相對應(yīng)的標記為我們提供了前所未有的細胞工作的洞察力。
使用活細胞成像方法可以研究許多生物學(xué)問題,一些特定的成像系統(tǒng)也可以用來觀測活體動物中的分子。如下表常見的應(yīng)用及其對應(yīng)的顯微成像方法。
實驗需求 | 方法 | 名稱縮寫 |
---|---|---|
觀測分子在細胞內(nèi),以及細胞之間(通過縫隙連接)的運動 | 漂白后熒光恢復(fù) | FRAP |
離子濃度(鈣、鎂)的時間或空間變化 | 離子成像 | 空 |
細胞內(nèi)鈣離子濃度的定量 | 比例法離子成像 | 空 |
生物傳感 | 熒光共振能量轉(zhuǎn)移 | FRET |
觀測發(fā)生在細胞膜上或者附近的事件,或者對薄切片成像 | 全內(nèi)反射顯微成像 | TIRF |
對細胞進行長期成像 | 時域熒光壽命顯微成像 | TD-FLIM |
觀測某個分子隨著時間的擴散情況 | 單分子示蹤-熒光相關(guān)譜 | SMT-FSC |
單分子的精確分辨 | 光激活定位顯微鏡 | PALM |