Problemer med at opretholde cellelevedygtighed i levende cellebilleddannelsessystem under billeddannelse

Live-cell imaging er et vigtigt analytisk værktøj i laboratorier, der studerer biomedicinske forskningsdiscipliner, såsom cellebiologi, neurobiologi, farmakologi og udviklingsbiologi. Billeddannelse af fikserede celler og væv (hvor fotoblegning er det største problem) kræver normalt en høj belysningsintensitet og lang eksponeringstid; disse skal dog undgås ved billeddannelse af levende celler. Mikroskopi med levende celler involverer normalt et kompromis mellem opnåelse af billedkvalitet og opretholdelse af sunde celler. For at undgå en høj belysningsintensitet og lang eksponeringstid er rumlige og tidsmæssige opløsninger derfor ofte begrænset i et eksperiment. Billeddannelse af levende celler involverer en bred vifte af kontrastforstærkede billeddannelsesmetoder til optisk mikroskopi. De fleste undersøgelser anvender en af ​​de mange typer fluorescensmikroskopi, og dette kombineres ofte med transmitterende lysteknikker, som vil blive diskuteret nedenfor. Kontinuerlige fremskridt inden for billeddannelsesteknikker og design af fluorescerende prober forbedrer kraften i denne tilgang, hvilket sikrer, at levende-celle-billeddannelse fortsat vil være et vigtigt værktøj i biologi.

En vigtig advarsel er at sikre, at celler er i god stand og fungerer normalt, mens de er på mikroskopstadiet med belysning i nærværelse af syntetiske fluoroforer eller fluorescerende proteiner. Betingelserne, hvorunder cellerne holdes på mikroskopstadiet, dikterer, selvom de er vidt forskellige, ofte et eksperiment succes eller fiasko.

Forskellige cellekulturmedier er tilgængelige baseret på de særlige biokemiske krav til celler. Kulturmedier indeholder forskellige bestanddele, herunder aminosyrer, vitaminer, uorganiske salte (mineraler), sporstoffer, nukleinsyrebestanddele (baser og nukleosider), sukkerarter, tricarboxylsyrecyklusmellemprodukter, lipider og co-enzymer. I vævskulturmedier er et vigtigt skridt at kontrollere oxygenkoncentration, pH, bufferkapacitet, osmolaritet, viskositet og overfladespænding. Kommercielt tilgængelige medieformuleringer inkluderer ofte et indikatorfarvestof (f.eks. phenolrød) for visuelt at bestemme den omtrentlige pH-værdi. Et kuldioxid- og bikarbonatbuffersystem til regulering af pH er nødvendigt for næsten alle cellelinjer. Cellerne skal dyrkes i en atmosfære, der indeholder en lille mængde kuldioxid (normalt 5-7%) i inkubatorer for at kontrollere koncentrationen af ​​opløst gas. Til levende-celle-billeddannelse kan en passende atmosfære med kuldioxid være vanskelig at tilvejebringe, og dette kræver normalt specifikt designede dyrkningskamre til en reguleret atmosfære. Oxygenbehov kan variere mellem cellelinjer, men normale atmosfæriske iltspændingsniveauer er velegnede til de fleste kulturer. Med hensyn til osmolaritet har de fleste af cellelinjerne en stor tolerance for osmotisk tryk, med god vækst ved osmolariteter mellem 260 og 320 milliosmolar. Når celler dyrkes i åben-plade kulturer eller petriskåle, kan hypotonisk medium bruges til at klare fordampning.