活細(xì)胞動態(tài)行為研究是生命科學(xué)領(lǐng)域的核心方向之一，其成果直接推動了腫瘤生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、再生醫(yī)學(xué)及藥物研發(fā)等領(lǐng)域的突破。傳統(tǒng)顯微成像技術(shù)受限于環(huán)境穩(wěn)定性、成像頻率及標(biāo)記物壽命，難以實(shí)現(xiàn)對活細(xì)胞數(shù)天乃至數(shù)周的連續(xù)追蹤。隨著微流控技術(shù)、智能成像算法及熒光探針的革新，新一代活細(xì)胞長時間動態(tài)追蹤儀器應(yīng)運(yùn)而生。這些儀器通過集成溫控、氣體調(diào)節(jié)、非侵入式成像及AI分析模塊，不僅實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞增殖、遷移、凋亡等過程的實(shí)時監(jiān)測，更通過三維成像與多通道熒光標(biāo)記，揭示了細(xì)胞在復(fù)雜微環(huán)境中的動態(tài)交互規(guī)律。本文將系統(tǒng)梳理當(dāng)前主流儀器的技術(shù)原理、功能特色及應(yīng)用場景，為科研人員提供選型參考。
一、長時間動態(tài)活細(xì)胞成像
技術(shù)突破：
活細(xì)胞長時間動態(tài)追蹤儀器通過將成像系統(tǒng)直接嵌入培養(yǎng)箱，徹底解決了傳統(tǒng)顯微鏡頻繁開閉導(dǎo)致的溫度波動問題。其核心優(yōu)勢在于“非侵入式動態(tài)監(jiān)測”——無需取出細(xì)胞，即可在培養(yǎng)箱內(nèi)完成長達(dá)90天的連續(xù)成像。設(shè)備配備雙通道熒光（綠/紅）與明場成像模塊，支持對EGFP、mCherry等標(biāo)記物的實(shí)時檢測，同時通過AI算法自動識別細(xì)胞邊界，生成增殖曲線、遷移軌跡等量化數(shù)據(jù)。
應(yīng)用價值：
腫瘤研究：三維腫瘤球體生長監(jiān)測、免疫細(xì)胞殺傷動態(tài)分析。
神經(jīng)科學(xué)：神經(jīng)突生長速率測量、單神經(jīng)元軸突動態(tài)追蹤。
干細(xì)胞研究：重編程過程監(jiān)控、未分化標(biāo)志物表達(dá)強(qiáng)度追蹤。
典型案例：
某研究團(tuán)隊(duì)利用活細(xì)胞長時間動態(tài)追蹤儀器追蹤C(jī)AR-T細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷過程，發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境下CAR-T細(xì)胞的浸潤效率提升3倍，為免疫治療優(yōu)化提供了關(guān)鍵證據(jù)。
二、活細(xì)胞實(shí)時跟蹤熒光顯微鏡：高精度動態(tài)成像利器
技術(shù)亮點(diǎn)：
該類顯微鏡通過電動載物臺與再聚焦機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對活細(xì)胞的三維動態(tài)追蹤。其光學(xué)系統(tǒng)采用CFI60無限遠(yuǎn)設(shè)計(jì)，消雜光能力顯著提升，配合488nm/561nm/640nm多波段熒光激發(fā)，可清晰捕捉細(xì)胞內(nèi)鈣離子流動、線粒體動態(tài)等瞬時事件。
創(chuàng)新功能：
亞細(xì)胞級分辨率：最小步進(jìn)0.025μm，可辨識微管、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)小結(jié)構(gòu)。
多模式觀察：支持明場、暗場、相差（DIC）及熒光成像，適應(yīng)不同樣本需求。
應(yīng)用場景：
細(xì)胞運(yùn)動分析：量化腫瘤細(xì)胞遷移速度與方向性。
藥物篩選：結(jié)合熒光標(biāo)記，評估藥物對細(xì)胞形態(tài)、凋亡的影響。
細(xì)胞-細(xì)胞相互作用：研究免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的動態(tài)接觸過程。
三、CytoSMART系列：小型化與高通量的平衡之選
設(shè)計(jì)理念：
CytoSMART系列以“緊湊+智能”為核心，其Lux3 FL型號體積僅166mm×140mm×135mm，可直接嵌入小型培養(yǎng)箱。設(shè)備通過AI預(yù)掃描技術(shù)，優(yōu)先對高價值區(qū)域（如腫瘤球體邊緣）進(jìn)行高分辨率成像，顯著提升數(shù)據(jù)采集效率。
核心優(yōu)勢：
云端分析：支持APP或電腦終端遠(yuǎn)程操作，實(shí)時查看細(xì)胞動態(tài)。
防起霧設(shè)計(jì)：隱藏式移動平臺減少干擾，適合單神經(jīng)元或三維模型監(jiān)測。
多容器兼容：適配6孔板至T225培養(yǎng)瓶等200余種標(biāo)準(zhǔn)容器。
用戶反饋：
某干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室利用CytoSMART監(jiān)測iPSC重編程過程，發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境下重編程效率提升40%，且設(shè)備的小型化設(shè)計(jì)節(jié)省了70%的培養(yǎng)箱空間。
四、細(xì)胞示蹤熒光探針：長時程動態(tài)標(biāo)記的“導(dǎo)航儀”
技術(shù)原理：
細(xì)胞示蹤探針（如Cell-Tracker? Green CMFDA）通過共價鍵與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)合，形成穩(wěn)定熒光信號。其獨(dú)特優(yōu)勢在于“子代細(xì)胞專屬傳遞”——母細(xì)胞標(biāo)記后，熒光物質(zhì)僅轉(zhuǎn)移至子代細(xì)胞，避免鄰近細(xì)胞干擾，定位精度達(dá)單細(xì)胞水平。
性能參數(shù)：
信號穩(wěn)定性：在pH 7.4條件下可持續(xù)72小時以上。
多色兼容性：提供藍(lán)（CMAC）、綠（CMFDA）、橙（CMRA）、紅（CMTPX）四色標(biāo)記，適配不同儀器濾光片。
生物相容性：不影響細(xì)胞活力或增殖，兼容后續(xù)固定與通透處理。
應(yīng)用實(shí)例：
在腫瘤轉(zhuǎn)移研究中，研究者利用紅色熒光探針標(biāo)記循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC），發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境下CTC的黏附能力顯著增強(qiáng)，為腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制提供了新線索。
總結(jié)
活細(xì)胞長時間動態(tài)追蹤儀器的革新，不僅突破了傳統(tǒng)成像技術(shù)的時空局限，更通過多學(xué)科交叉（如微流控、AI、熒光化學(xué)）推動了生命科學(xué)研究的范式轉(zhuǎn)變。從IncuCyte的全自動培養(yǎng)箱集成，到活細(xì)胞顯微鏡的亞細(xì)胞級追蹤，再到CytoSMART的小型化智能設(shè)計(jì)，這些儀器正以“看得更久、看得更清、看得更準(zhǔn)”為目標(biāo)，助力科學(xué)家揭示細(xì)胞生命的動態(tài)密碼。未來，隨著超分辨成像、單細(xì)胞測序等技術(shù)的融合，活細(xì)胞動態(tài)追蹤將邁向更高維度的“細(xì)胞時空組學(xué)”時代，為疾病治療與生物制造提供更精準(zhǔn)的理論支撐。
