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细胞汇合度分析和测量方法
作者：Dana D'Amico ||发布日期：2024年8月23日
在生命科学领域，一致性和可重复性至关重要。对于细胞生物学家而言，如果没有对细胞汇合度的准确测量，一致性和可重复性都无法实现。
尽管细胞汇合度测定是细胞培养流程中一个关键且常规的步骤，但当研究人员通过目测来判断汇合度时——甚至即使是同一名研究人员在不同日期的判断——都可能变得高度主观。
幸运的是，研究人员可以使用一些替代视觉判断的细胞汇合度分析和测量方法，以帮助提高实验间过程的一致性和可重复性。
什么是细胞汇合度？
细胞汇合度是一项常规测量指标，用于追踪细胞培养过程中的细胞增殖情况。它并非绝对的细胞数量，而是贴壁细胞覆盖培养皿或培养瓶面积的百分比。
细胞汇合度是一个关键参数，帮助研究人员确定传代、转染或收获细胞的时间，以便进行下游应用，如药物处理、细胞治疗、诱导多能干细胞（iPSC）实验、分化实验等。从本质上讲，这是维持健康细胞培养和确保实验结果准确性的不可或缺的步骤。
过度融合尤其可能导致细胞应激或死亡，因为培养基中的营养物质被消耗殆尽，细胞开始竞争物理空间。在拥挤的环境中，细胞的行为可能会歪曲自然的基因表达、生长状态或形态。裂解的细胞还会释放细胞毒素碎片，而且总体而言，过度融合的细胞培养物更容易受到真菌和细菌污染——这些问题可能会不可逆地毁坏你的培养物。
准确的细胞汇合度测量为什么重要？
即使在低至中等细胞融合水平（例如 <80%），准确且一致的估计仍有许多好处，例如：
- 在不同实验间保持一致的细胞汇合度可确保细胞处于相同的生长阶段，有助于减少结果的变异性并提高可重复性——这在工业和制造应用中尤为重要。
- 研究人员可以更好地规划每个工作流程步骤，避免资源和时间的浪费。更高的准确性意味着可以避免细胞库存的损失，以及在错误的生长阶段进行冷冻或解冻所导致的失误。
- 某些操作如转染或药物处理，在特定的细胞汇合度水平下效果更佳。在诸如药物发现等应用中，过度融合还可能使结果解释变得模糊，难以确定效应的来源或非特异性影响。
细胞汇合度测量有哪些不同的方法？
鉴于以上因素，精确控制和测量细胞汇合度对于进行可靠的实验至关重要，这一点应该不足为奇——然而，目前估算汇合百分比的主要方法仍然是传统的“目测估计”，即通过显微镜手动观察培养物。
可以想象，这种视觉评估方法常常存在不一致的问题。虽然对50%或100%细胞汇合度的估测相对容易，但大多数情况下研究人员关注的是表示细胞高存活率和增殖能力的70%或80%细胞汇合度——而这些估测则要困难得多。一位研究者认为是“70%汇合”的样本，在另一位研究者看来可能已是“80%汇合”。与真实值之间仅10%的偏差就有可能显著影响实验结果。
一些研究人员使用化学染料和酶标仪来进行更快速、定量的间接测量，但这些染料可能会破坏细胞培养物。
互动挑战：你的视觉汇合度估计有多准确？
请看看下面的人诱导多能干细胞（iPSC）图像——在向下滚动页面之前，请先记录下你对每帧图像细胞汇合度的视觉估计值。如果愿意，也可以让同事一起估测，以便比较彼此数值的差异。（稍后文章中会给出实际的汇合度数值！）
细胞汇合度估计挑战 #1
细胞汇合度估算挑战 #2
细胞汇合度估算挑战 #3
图像处理工具可使细胞汇合度测量更加快速且具有一致性
现代图像处理工具为评估细胞汇合度（confluency）提供了更客观、更一致的框架。尽管存在手动图像处理选项，但这些工具通常使用阈值分割、边缘检测、深度学习算法等方法，能够自动将细胞与高质量显微镜图像的背景区分开来。在此基础上，软件可以计算细胞覆盖的总面积百分比。
迄今为止，大多数此类工具都需要使用独立的设备或流程来进行图像采集和图像分析以评估细胞汇合度。
全新推出的EVOSTM的应用效果有何不同。M3000成像系统通过率先实现市场上首款具备实时自动化细胞图像分析功能的产品，简化了整个流程。对于那些希望在时间、设备和空间有限的情况下完成更多工作的研究人员来说，这将是理想的选择；EVOS M3000提供多种配置，支持明场和荧光应用，同时可在一次操作中完成成像和汇合度分析步骤。其紧凑的设计也非常适合标准的小型生物安全操作台。
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