データから意思決定へ：2次元および3次元細胞モデルのライブセルイメージングと解析
生物学的に意義ある見識の追求において、Incucyte®ライブセル解析システムは、簡便なワークフロー、強力なソフトウェア、そして比類のないスループットにより、科学者の皆様を支援いたします。
インキュベーターから直接、2Dおよび3D細胞培養の高分離能蛍光画像および明視野画像を、数時間、数日、あるいは数週間にわたりリアルタイムで捕捉できます。
進化した共焦点蛍光イメージングを搭載した新型Incucyte® CX3 ライブセル解析システムは、オルガノイドやスフェロイドの包括的研究のためのアッセイ能力を拡張し、データから意思決定までのプロセスを加速します。まず何をお発見になりますか？
ライブセルイメージングおよび解析ソリューション
ライブセルの見識を得るための近道
インキュベーター内の安定した条件付けのもとで、高感度かつリアルタイムのライブセル測定を行い、有意義なデータを導き出します。
実験室で検証済みのプロトコルと、専用設計の直感的なソフトウェアにより、調査に費やす時間を増やし、トラブルシューティングに費やす時間を減らしましょう。
蛍光試薬の組み合わせにより、あらゆるサンプルから豊富なデータを生成します。多様な細胞培養モデルやアプリケーションに対応可能です。
非侵襲的な画像解析技術と独自の試薬製剤により、細胞の健全性を維持します。
多様なアプリケーション分野で新たな探索研究を — 複雑な免疫細胞と腫瘍細胞の相互作用、神経細胞共培養におけるシナプス活動、がん細胞の代謝など、さらに多くの分野で。
ライブセルイメージングと解析について学ぶ
ライブセルイメージングと解析：細胞生物学の革新
ライブセルイメージング入門
ライブセルイメージングは、生きた細胞の動的な生物学を研究する上で不可欠な手法となっております。単一時点でのアッセイとは異なり、細胞が環境に応答する過程における健康状態、行動、形態、機能をリアルタイムで観察することが可能となります。3D細胞培養技術との統合により、生体組織の構造的複雑性を模倣することが可能となり、発生、疾患、治療反応に関するより深い見識が得られます。研究ニーズの高まりに伴い、ハイスループットで自動化されたライブセル解析は、ワークフローの効率化、エラーの低減、データ信頼性の向上に貢献します。
ライブセル解析が他の手法を凌駕する理由について、以下のリソースで詳しくご覧ください。
- 継続的なライブセル研究の複雑性を探求してください。
- ダウンストリーム解析のための手法と技術を発見してください。
- 変動性と一般的なエラーを最小化する戦略を見つけましょう。
- ライブセルイメージングの成果を高めるためのアドバイスをご覧ください。
GFP標識腫瘍細胞を標的化し殺傷するように設計されたT細胞のライブセルイメージング。Incucyte®ライブセル解析システムにて取得した動画です。
これらの利点を実現することは容易ではありません。多分野にわたるアプローチを必要とするライブセルイメージング法は複雑であり、その理解や制御が不十分な場合が多く、結果としてデータの変動性が非常に高くなるためです。さらに、長時間ライブセルイメージングに不可欠な自動化と培養プロセスが加わることで、その複雑さが増し、さらなる課題が生じます。
本コンテンツは、長時間におけるライブセルイメージングについてより深く学びたい方々のための情報源となることを目的としております。主なトピックは以下の通りです：
- 他の細胞解析手法と比較したライブセルイメージングの利点
- 生きた細胞生物学の長時間研究における課題
- ダウンストリームの細胞解析をサポートするライブセル顕微鏡法で使用される手法と技術
- ライブセルイメージングのプロセスを自動化する場合の変動性やその他の一般的な失敗モードを低減する方法
- 成功の可能性を高めるための実践的なコツとテクニック
より迅速なアッセイ最適化
リアルタイムでの観察により、研究者は実験プロトコルやアッセイ設定における問題を迅速に特定し、修正することが可能となります。この迅速なフィードバックループにより最適化プロセスが加速され、より短期間でアッセイの精度と効率性を高める微調整が実現します。ライブデータに基づく即時調整の能力は、試行錯誤に費やす時間とリソースを削減し、より効率的で効果的な実験設計につながります。
交絡変数のより良い制御
ライブセルの継続的なモニターは、結果を混乱させる可能性のある変数を特定するのに役立ちます。これらの変数を制御することで、研究者は自らの発見がより信頼性が高く再現性のあるものとなることを保証でき、より堅牢な科学的結論へと導きます。このレベルの制御は、複数の要因が結果に影響を与え得る複雑な生物学的システムにおいて特に重要であり、特定の治療法や条件の効果を分離しやすくします。
焦点エラーと画像アーチファクトの最小化
ライブセルイメージングに使用される進化したイメージングシステムは、焦点誤差や画像アーティファクトといった一般的な問題を最小限に抑えるよう設計されています。これにより、収集されるデータの高品質が保証され、大規模な後処理の必要性が減少し、結果の信頼性が向上します。高品質な画像は、定量的に評価可能な明確かつ詳細な視覚情報を提供するため、正確な解析に不可欠です。
環境制御
細胞の健康状態と生存能力を長時間維持するためには、環境条件の精密な調節が不可欠です。これには、細胞が健全に増殖する自然環境を再現するため、温度、湿度、ガス組成の制御が含まれます。これにより、実験期間を通じて細胞が健康で活性状態を保つことが保証されます。進化した環境制御チャンバーやインキュベーターは、長時間細胞培養をサポートする安定した条件を創出するために必須の装置です。
自動化
長時間ライブセルイメージングでは、反復的なタスクが頻繁に発生しますが、これらを自動化によって効率的に管理することが可能です。ロボットシステムは培地交換、細胞へのフィード、画像取得といったタスクを処理でき、一貫性を確保するとともに、研究者がデータ解析や解釈に集中できる余裕を提供します。自動化は効率性を向上させるだけでなく、人為的エラーのリスクを低減し、より信頼性が高く再現性のある結果につながります。
イメージングアーチファクト
長時間イメージングでは、光毒性や光退色など様々なアーティファクトが生じ、細胞の挙動やデータ品質に影響を及ぼす可能性があります。イメージングパラメーターの慎重な最適化と進化したイメージング技術を活用することで、これらの影響を軽減し、細胞の健全性と結果の正確性を維持することが可能です。
進化したソフトウェアツール
長時間におけるライブセルイメージングのワークフローを最適化するには、専門的なソフトウェアが不可欠です。 専用に設計されたアプリケーションは、環境モニター、自動化イメージング、データ解析を統合し、研究者にとってシームレスな体験を提供します。これらのソフトウェアソリューションには、リアルタイム画像処理、カスタマイズ可能な解析、詳細なレポート作成ツールなどの進化した機能が搭載されていることが多くあります。専用ソフトウェアを活用することで、研究者は複雑なデータセットを効率的に管理し、日常的なタスクを自動化し、細胞の挙動に関するより深い見識を得ることができ、最終的に実験全体の質と再現性を向上させることができます。
データ管理
長時間イメージング実験で生成されるデータの容量は膨大であり、保存、処理、解析において課題が生じます。この大量の情報に対処するためには、効率的なデータ管理システムと進化した解析ツールが不可欠であり、研究者がデータに圧倒されることなく、有意義な見解を抽出することを可能にします。
高コントラスト画像
蛍光顕微鏡は、特定の波長で励起されると発光する蛍光色素やタンパク質を用いることで、細胞内コンポーネントの可視性を高めます。これにより、細胞内の異なる構造を明確に区別できる高コントラスト画像が得られ、それらの相互作用や機能の研究が容易になります。特定の分子を選択的に標識し可視化する能力は、そうでなければ見えない細胞プロセスに関する貴重な見識を提供します。
定量的測定
蛍光顕微鏡は、様々な細胞プロセスの精密な定量測定を考慮に入れることを可能にします。特定の分子に蛍光マーカーを付加することで、研究者は細胞内でのそれらの移動、濃縮、相互作用を追跡でき、細胞メカニズムの理解に貴重なデータを提供します。定量蛍光イメージングは、動的な変化をリアルタイムで測定することを可能にし、細胞の挙動に対するより深い理解をもたらします。
高速画像取得
細胞活動における高速なカイネティクスを研究するには、画像を迅速に捕捉する能力が極めて重要です。蛍光顕微鏡システムは高速画像取得を可能に設計されており、研究者がリアルタイムで急速な変化や動的プロセスを観察することを可能にします。この能力は、一過性の事象を捕捉し、細胞機能の時間的カイネティックを理解するために不可欠です。しかしながら、画像の過剰収集はデータ量の増加を招き、プロセス時間や保存容量の要求を高める一方で、必ずしも生物学的見識の向上につながらない場合があります。一方、画像の収集不足は重要な事象や移行段階の捕捉漏れを招き、生物学的に重要な情報の喪失につながります。細胞動態を正確に表現するためには、研究対象となる特定の生物学的現象に基づき、取得速度、解像度、時間間隔を最適化することが重要です。
ライブセル実験におけるアッセイ最適化の重要性
長期にわたるカイネティクス実験におけるアッセイの最適化は、細胞の健全性を維持し、高品質で再現性のあるイメージングを確保する上で極めて重要です。主な要因としては、適切な培地製剤の使用（例：蛍光低減のための低リボフラビン培地）、純度確保のための培地ろ材、適切なウェル容量の確保（96-wellプレート：50～200 µL、384-wellプレート：40～80 µL）が挙げられます。アッセイの制約がない限り、長期アッセイでは2～3日ごとの定期的な培地交換が不可欠です。接触抑制を防ぐため細胞密度を最適化し、播種後は細胞が均一に分布するよう沈降させる必要があります。細胞接着を促進する表面コーティングの調整が必須であり、適切な容器の取り扱い・配置・結露管理は画像歪みを防止する上で極めて重要です。さらに、コンタミネーション防止と焦点維持のため、気泡発生を最小限に抑えるよう注意を払う必要があります。
ライブセル解析のコツとテクニックに関する技術ノートをダウンロード
測定の定義
ライブセルイメージング実験を設定する最初の工程は、研究の目的とパラメーターを明確に定義することです。これには、観察および測定する特定の細胞プロセスや挙動を決定し、成功の基準を確立することが含まれます。明確に定義された実験計画は、研究が焦点を絞り、収集されるデータが関連性があり意味のあるものであることを保証します。
解析のための画像最適化
最高の画質を確保するためには、露光時間、焦点、照明強度などの様々な設定を最適化する必要があります。この最適化プロセスは、信頼性の高い分析が可能な鮮明で正確な画像を得るために極めて重要です。適切な画像最適化はノイズを低減し信号を強化するため、画像から定量的な情報を抽出することが容易になります。
画像取得およびプロセスの自動化
ライブセル解析における自動化システムは、画像取得と処理を効率化し、効率的かつ正確で再現性のある結果を実現します。これらのシステムは高精細顕微鏡を用いて細胞プロセスの詳細なタイムラプス画像を捕捉すると同時に、ノイズ低減やアーティファクト補正などの機能を取り入れ、画質を向上させます。手動操作を最小限に抑えることで、自動化は一貫性を高め時間を節約し、動的な生物学的現象の研究に不可欠な役割を果たします。
画像取得におけるトレードオフの理解
画像解像度、取得スピード、細胞の健全性には、しばしばトレードオフが存在します。高解像度の画像はより詳細な情報を提供しますが、露光時間が長くなる可能性があり、これは細胞に有害となる場合があります。研究者は、細胞の生存率を維持しながら有用なデータを取得するために、これらの要素のバランスを取る必要があります。細胞の健全性を損なうことなく高品質なデータを得る実験を設計するには、これらのトレードオフを理解することが不可欠です。
細胞の探索研究と顕微鏡の発展は、人類の健康と生活の質に多大な影響を与えてまいりました。ライブセルイメージング技術はこの遺産を受け継ぎ、細胞プロセスへの深い見識を提供することで、医学研究とバイオテクノロジーの進歩を導いています。この技術は、疾患理解、創薬、細胞機能に関する認識を革新する可能性を秘めており、最終的にはヘルスケアの向上に貢献します。生きた細胞を自然な環境下で研究することを可能にするライブセルイメージングは、生物学的プロセスをより正確かつ包括的に捉える視点を提示します。
AIソフトウェアの進化した利用と患者由来サンプルの活用により、科学の世界は非常にエキサイティングな時代を迎えております。ライブセル解析の未来には計り知れない可能性が秘められております：
AIと予測ソフトウェア
ライブセルイメージングへのAIと機械学習の統合により、より迅速かつ深いデータマイニングが可能となります。予測ソフトウェアは、生物学的結果が可視化される前にそれを特定する可能性を秘めており、疾患の理解と治療の方法を革新するでしょう。AIアルゴリズムは膨大なイメージングデータを分析し、人間の観察者には明らかではないパターンや相関関係を特定できます。この能力は、治療に対する細胞応答を予測するモデルの開発につながり、より標的を絞った効果的な治療法の実現を可能にするでしょう。
スケール3Dサンプル解析
生細胞技術の継続的な発展により、3Dサンプルのスケールを考慮に入れることが可能となります。これにより、複雑な組織構造内における細胞の挙動や相互作用について、より包括的な見識が提供されるでしょう。3D細胞培養やオルガノイドは、実際の組織の構造や機能をより正確に模倣するため、疾患や薬剤反応の研究においてより関連性の高いモデルを提供します。ハイスループット3Dイメージングシステムにより、これらのモデルの大スケールスクリーニングが可能となり、新たな治療法の発見が加速されるでしょう。
技術のアクセシビリティー
進化したライブセルイメージング技術を全ての研究者に利用可能にすることは極めて重要です。これらのツールへのアクセスを民主化することで、より幅広い科学者が細胞生物学の進歩に貢献し、その恩恵を受けられるようにすることができます。生細胞イメージングシステムのコストと複雑さを低減する取り組み、およびユーザーフレンドリーなソフトウェアの開発は、これらの技術をより広く利用可能にするのに役立ちます。アクセシビリティー向上が、共同研究と革新を促進し、この分野の進歩を推進するでしょう。
個別化医療
究極の目標は、ライブセル解析を用いて患者様の疾患を効果的に治癒させる治療法を特定することです。革新的なイメージング技術と最先端の解析手法を活用することで、各患者様の個別ニーズに合わせた治療を提供する個別化医療の実現に近づくことができます。ライブセルイメージングは、患者様の細胞が様々な治療にどのように反応するかをリアルタイムで提供し、最も効果的な治療法の選択を可能にします。このアプローチは、治療成果の向上と臨床判断における試行錯誤のプロセス削減につながる可能性があります。
生細胞イメージングは細胞生物学において強力なツールであり、独自の利点を提供すると同時に特定の課題も提示します。蛍光顕微鏡を活用し、適切な環境制御と自動化を確保することで、研究者は細胞動態に関する貴重な知見を得ることができ、最終的には生命の細胞レベルでの理解を深めることに繋がります。
ライブセルイメージングは細胞生物学において強力なツールであり、独自の利点と特定の課題を提示します。蛍光顕微鏡を活用し、適切な環境制御と自動化を確保することで、研究者は細胞動態に関する貴重な見識を得ることができ、最終的には細胞レベルでの生命理解を促進します。ライブセル解析の未来は、AI、3Dサンプル解析、アクセシビリティー向上によってさらに大きな進化した形を約束し、個別化医療とヘルスケアアウトカムの向上への道を開くでしょう。 ライブセルイメージングの可能性の限界を押し広げ続ける中で、私たちは前例のない精度と有効性をもって疾患を予測し治療できる未来へと近づいております。
ライブセルイメージングおよび解析ハンドブック
ライブセルイメージングおよび解析ハンドブックは、ライブセル解析技術に関する包括的な参考ガイドであり、Incucyte®ライブセル分析装置、アッセイ、試薬、および統合ソフトウェア解析ツールの完全なラインナップに焦点を当てています。本出版物は、最新のIncucyte®製品を反映するため、毎年更新されます。
ライブセルイメージングおよび解析アプリケーション
インキュサイトのライブセルアプリケーション群で、次なる探索研究を加速させましょう。
ライブセルイメージングおよび解析リソース
該当するリソース
ライブセルイメージングおよび解析に関するよくあるご質問
ザルトリウスライブセルイメージングおよび解析に関するよくあるご質問
サートリアスのイメージングおよび解析ソリューションに関するよくあるご質問にお答えします。装置、アプリケーション、ソフトウェア、サービスなどに関する重要な情報を含みます。
ライブセルイメージングおよび解析は、顕微鏡技術と強力な解析ソフトウェアを組み合わせた手法であり、研究者が細胞内の時空間的現象をリアルタイムで研究することを可能にします。Incucyte®ライブセル解析システムは、安定した組織培養インキュベーター環境内で静止状態にある細胞を、数日間、数週間、さらには数ヶ月にわたり自動的にモニターします。
固定細胞は、細胞をその場に「固定」する固定工程によって保存されています。これらは細胞機能の静的なスナップショットを提供します。細胞の組成は損なわれますが、タンパク質、細胞小器官、DNAなどの大きな構造は保存されます。固定処理により細胞は死滅するため、外側の細胞膜はライブセルよりも透過性が高くなります。そのため、染色剤や抗体を用いて細胞内部構造を標的にすることが容易になります。固定細胞のイメージングにより、細胞内構造の高解像度観察が可能です。
しかしながら、固定（死滅）細胞は生物学的機能の動的見解を提供できず、生きたシステムを再現するものではありません。ライブセルイメージングは細胞が生存している状態で実施されます。時間経過を追って撮影することで、リアルタイムの動的データを収集でき、固定細胞を用いた終点アッセイでは見逃される可能性のある事象を捕捉することが可能です。
ライブセルイメージングおよび解析の重要性は、細胞内の空間的情報（高分離能による）と時間的情報（タイムラプスイメージングによる）の両方を解明できる点にあります。ライブセルイメージングと解析は、細胞モデルの健康状態、形態、運動、機能に関する動的な見識を提供します。ライブセルイメージングと解析を用いることで、変化をリアルタイムでモニターすることが可能となります。これは、細胞機能の瞬間的なスナップショットしか提供しない一般的なエンドポイントアッセイでは不可能なことです。これは、腫瘍細胞を標的とする抗がん剤のリアルタイムでの有効性を確認できる免疫腫瘍学などのアプリケーションや、抗がん剤存在下で腫瘍細胞の移動がどのように制限されるかを観察できる細胞移動アッセイにおいて重要です。
ライブセルイメージングと解析は、実験進行中にデータに基づいた判断を行う機会も提供します。例えば血管や神経ネットワークの生物学を研究する研究者は、化合物処理や遺伝子操作（siRNAなど）の影響を評価する前に、まず安定したネットワークを確立したいと考えるかもしれません。連続的なライブセルイメージングと解析により、ネットワークパラメーターを時間的に追跡し、リアルタイムデータを用いて治療レジメンを開始する最適なタイミングを判断することが容易になります。上清中の代謝物や分泌タンパク質分析といった補助的研究の実施タイミングも、このデータに基づいて決定することが可能です。
細胞治療のあらゆる領域を研究する際には、ライブセルイメージングと解析を活用すべきです。従来のエンドポイントアッセイでは、細胞イベントの単一測定値しか提供されず、細胞は本質的に動的な存在であるため、より深い生物学的見識を得るためには、リアルタイムでのイメージング能力が重要です。ライブセルイメージングおよび解析は、免疫学、腫瘍学、免疫腫瘍学、神経科学などの治療領域において、細胞の健康状態と増殖、細胞の移動と形態、細胞機能の研究に一般的に用いられます。
画像は通常、顕微鏡技術を用いて可視化されます。オプティカル顕微鏡は、ほとんどの研究室で使用される標準的なツールであり、約200nmまでの構造を可視化できます。現代の高解像度イメージング技術の進歩と蛍光プローブの合成により、現在では10～50nmスケールの標識された細胞内構造を観察することが可能となりました。技術的進歩が進むにつれて、複雑さとコストも増加します。高分離能顕微鏡は、多くの場合、高度なトレーニングを必要とし、利用が制限されることが多いです。
ハイコンテンツスクリーニングおよび解析システムは、蛍光顕微鏡と解析ソフトウェアを組み合わせたベンチトップ型システムであり、リアルタイムの細胞データを可視化・解析します。これらのシステムは通常、組織培養インキュベーター内に設置されないため、環境安定性や長時間研究の観点では制約があります。
マルチモードリーダーは、ルミネッセンス、蛍光、時間分解蛍光、吸収するのうち二つ以上を検出可能なマイクロプレートリーダーです。マルチモードリーダー内のイメージングシステムは、アッセイ中にウェルを撮影することも可能です。ただし、これらのシステムも適切な環境制御を欠いており、長時間研究に影響を及ぼします。
ライブセルイメージング解析システムは、細胞内で発生する事象をリアルタイムで捕捉するために設計されております。研究者は、細胞の活動全体像を捉えきれない単一時点のデータではなく、時間経過に伴う一連のデータポイントを解析することが可能となります。
インキュベータ内に設置されたライブセルイメージング解析システム（例：Incucyte®）は、細胞を安定かつ最適な環境下で維持しながら、数日から数ヶ月にわたるリアルタイムの連続解析を実行できます。マルチモードリーダーやハイコンテンツイメージャーなど多くの技術では環境制御機能が備わっておらず、細胞を生理学的に適切な条件で維持することができません。
アプリケーションのニーズに応じて、Incucyte®は最大6枚のマイクロプレートを並行して処理する能力を有しています。これにより、一般的な顕微鏡や単一プレートリーダーよりも高いスループットを実現します。さらに、Incucyte®はユーザーフレンドリーな設計となっています。各アプリケーション向けに最適化された試薬によりアッセイ準備が容易で、直感的なソフトウェアが各工程をガイドします。