在生命科學研究的微觀世界里，活細胞的動態(tài)行為是理解生命機制的核心密碼。傳統(tǒng)顯微技術(shù)受限于靜態(tài)觀測與光毒性損傷，難以捕捉細胞分裂、遷移、信號傳導等瞬時過程。實時活細胞顯微監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)，通過融合高分辨率光學成像、智能環(huán)境控制與AI數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)了對活細胞生命活動的全周期、無干擾追蹤，成為藥物研發(fā)、疾病機制研究及再生醫(yī)學領域的革命性工具。
一、技術(shù)突破：從“靜態(tài)切片”到“動態(tài)電影”
傳統(tǒng)顯微鏡依賴固定樣本觀察，而實時活細胞監(jiān)測系統(tǒng)通過三大核心技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)成像：
1.低光毒性光學設計：采用LED光源與共聚焦/雙光子激發(fā)技術(shù)，將光強度降低至傳統(tǒng)鹵素燈的1/10，結(jié)合STED超分辨顯微鏡的受激發(fā)射損耗原理，在25nm分辨率下實現(xiàn)連續(xù)3小時觀測，成功記錄線粒體分裂、染色體分離等亞細胞結(jié)構(gòu)動態(tài)。例如，在神經(jīng)元突觸研究中，該技術(shù)清晰呈現(xiàn)NMDA受體簇的實時重組過程，為阿爾茨海默病機制研究提供關(guān)鍵證據(jù)。
2.智能環(huán)境控制系統(tǒng)：集成CO?濃度調(diào)節(jié)（5%±0.1%）、恒溫培養(yǎng)（37℃±0.1℃）與濕度控制模塊，配合微流控芯片實現(xiàn)細胞培養(yǎng)液的動態(tài)灌注。武漢聯(lián)華智造研發(fā)的空間編碼數(shù)字微流控芯片，可同時操控1000個單細胞進行藥物處理與行為分析，在CAR-T細胞殺傷腫瘤實驗中，系統(tǒng)自動分選效應細胞與靶細胞，實時追蹤殺傷效率與旁觀者效應。
3.多模態(tài)成像融合：結(jié)合熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）與光片顯微技術(shù)，在三維腫瘤球模型中同步捕捉上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）過程的形態(tài)變化與信號通路激活。浙江大學醫(yī)學院引進的xCELLigence RTCA eSight系統(tǒng)，通過微金電極陣列阻抗監(jiān)測與活細胞成像雙模態(tài)檢測，將細胞遷移實驗的通量提升至96孔板級，數(shù)據(jù)采集頻率達每秒10次。
二、應用場景：從基礎研究到臨床轉(zhuǎn)化
1.藥物研發(fā)加速：在抗癌藥物篩選中，系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)測藥物對腫瘤細胞增殖、凋亡的影響。例如，SAR408701的ADC藥物內(nèi)化能力檢測中，通過標記HER2受體，實時記錄藥物-抗體復合物的胞吞過程，將藥效評估周期從72小時縮短至8小時。
2.疾病機制解析：在自身免疫性腦炎研究中，利用STORM超分辨成像發(fā)現(xiàn)患者抗體導致NMDA受體GluN2B亞單位聚集，突觸定位異常引發(fā)記憶障礙。該技術(shù)還揭示了COVID-19感染中T細胞應答的動態(tài)特征，為疫苗設計提供依據(jù)。
3.再生醫(yī)學突破：在肝細胞再生研究中，系統(tǒng)追蹤肝細胞增殖與膽管樹重構(gòu)過程，結(jié)合類器官培養(yǎng)技術(shù)，將實驗周期從2周延長至2個月，為肝硬化治療提供新策略。在3D生物打印領域，布里淵顯微成像與非接觸式力學測量技術(shù)結(jié)合，實時監(jiān)測胚胎細胞分裂與組織力學性質(zhì)變化，推動人工器官研發(fā)。
三、未來趨勢：智能化與集成化
1.AI賦能數(shù)據(jù)分析：深度學習算法可自動識別細胞形態(tài)變化（如膜起泡、核碎裂），預測藥物作用機制。例如，在巨噬細胞吞噬實驗中，AI模型通過分析吞噬效率與細菌運動軌跡，優(yōu)化抗感染藥物設計。
2.無創(chuàng)監(jiān)測技術(shù)：量子傳感技術(shù)與透皮光譜的發(fā)展，將實現(xiàn)體內(nèi)長期監(jiān)測。例如，量子點標記蛋白的實時運動軌跡追蹤，為慢病管理提供新工具。
3.臨床級設備普及：國產(chǎn)設備如聯(lián)華智造的高內(nèi)涵活細胞智能顯微鏡，以進口設備1/3的價格實現(xiàn)多色熒光通道與高通量分析，已進入全國十多家頂級醫(yī)院，推動精準醫(yī)療落地。
實時活細胞顯微監(jiān)測系統(tǒng)正重塑生命科學研究范式。從單細胞分選到組織動態(tài)建模，從基礎機制探索到臨床轉(zhuǎn)化應用，這項技術(shù)將持續(xù)解鎖生命奧秘，為人類健康事業(yè)注入強勁動力。
