本稿では、自動画像取得および解析ワークフローを用いて再現性のある細胞生存率解析を行うための、プロピジウムイオダイド(PI)およびHoechst 33342で染色した細胞の標準化されたハイコンテントイメージングとデータ処理のプロトコルを紹介します。
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本稿では、自動画像取得および解析ワークフローを用いて再現性のある細胞生存率解析を行うための、プロピジウムイオダイド(PI)およびHoechst 33342で染色した細胞の標準化されたハイコンテントイメージングとデータ処理のプロトコルを紹介します。
科学研究におけるイメージングの操作的なばらつきによる再現性の低さや、従来の手法を用いた大量のサンプルの解析の複雑さという課題を解決するため、HT22細胞をPIおよびHoechst 33342で染色し、ハイコンテンツイメージングシステムを用いて撮像およびデータ解析を行うプロトコルを紹介します。本ワークフローは、堅牢なイメージング設定パラメータと厳格な品質管理基準を確立することを目的としています。ここでは、装置のイメージング設定に加え、装置に搭載されている3つの異なる画像処理手法、すなわちMulti-Wavelength Cell Scoring (Multi)、Live-Dead (Live)、およびCustom Module Editor (CME)のワークフローを実演します。これらの画像処理手法の有効性を確認するため、従来の手法であるImageJを用いて比較および検証を行いました。最終的に本研究では、PIおよびHoechstの二重染色法を用いて細胞生存率を決定するための、ハイコンテンツイメージングシステムの利用ワークフローをまとめています。イメージングおよびデータ処理のワークフロー全体を標準化することで、科学研究におけるイメージングの再現性と信頼性が大幅に向上し、これにより研究室間でのデータ比較のための確実な方法論的根拠が提供され、科学研究の進展に寄与します。
ハイコンテントイメージングシステムは、現代の科学研究において不可欠なツールであり、損傷した細胞または未損傷の細胞の高速度イメージングおよびマルチパラメータ評価を可能にします1,2,3。このシステムは、さまざまな分野で代替不可能な役割を果たしています。ライフサイエンスの分野では、細胞や組織の微視的な世界の探索において研究者を支援します4,5。例えば、細胞内の蛍光標識された分子や構造を精密に検出することで、細胞の微細構造や動的な変化を明確に可視化することができます6。神経科学研究においては、ニューロンの三次元イメージングが可能であり、神経ネットワークの複雑な接続や信号伝達メカニズムの解析を支援し、脳機能や神経疾患の病態生理を理解するための重要な手がかりを提供します7,8,9。
ハイコンテンツイメージングシステムの技術には大きな利点がありますが、そのイメージングプロセスには依然としていくつかの課題が残っています。試料調製段階では、主観性が非常に高くなっています。生物学的試料の調製において、細胞の取り扱いや染色などのプロセスには関連する標準基準が欠けています。イメージングパラメータに関しては、露光時間やウェルプレートの選択が、研究室やハイコンテンツ顕微鏡のモデルによって著しく異なります。データ処理フェーズでは、生画像のノイズ除去やコントラスト調整から、パラメータの特定や標的特徴の決定に至るまで、標準化が進んでいません。これらの問題は、顕微鏡イメージング結果に直接的なバイアスをもたらし、再現性の危機を引き起こしています。
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このプロトコールでは市販の細胞株(HT22, ATCC)を使用しており、ヒト被験者やヒト初代組織は含まれていません。また、本研究において動物は使用されていません。
1. 標準的なサンプル調製
2. イメージング仕様およびパラメータ設定
3. 画像処理および解析
注:このドキュメントでは、装置の付属ソフトウェアで提供される3つの画像処理方法について説明します。これらはすべて、本研究で用いた染色プロトコルに適しています。これらの方法は認識という基本的な原理は共通していますが、具体的な処理技術や得られるデータ結果の種類が異なります。画像処理のワークフローは共通して以下の通りです:ファイルを開く → 対応する処理方法で元の画像を読み込む → 適切なチャンネルパラメータを設定する → マスクを生成する → [Measure]で測定データの種類を設定する → 解析を実行する → 結果を確認する → データをエクスポートする。
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標準化された調製がイメージング品質に及ぼす影響
装置が細胞の画像レイヤーを確実に特定できるよう、プレートパラメータを設定した。細胞を適度なコンフルエンスの単層として調製することで、異なる対物レンズ倍率でのピント合わせが容易になり、画像認識と定量分析が向上した。サンプルの調製を標準化し、プレートパラメータを最適化したことで、エッジエフェクトや細胞の重なり、および低画質なイメージングの原因となるその他の要因を効果的に最小限に抑えることができた(図 1)。
画像計算方法機能の比較
生存細胞と死細胞を区別するために、PI/Hoechst 33342二重染色法を用いた。Multi-Wavelength Cell Scoring法、Live-Dead法、およびCME法は、蛍光強度とオブジェクトサイズに基づいてオブジェクトを識別することで、これらの画像を正常に...
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PIおよびHoechstによる二重染色法を用いて細胞生存率を判定する場合、例えばハイコンテンツ解析装置では、組み込みのアルゴリズムモジュールを使用して、同一バッチ内の細胞生存率を迅速かつハイスループットに算出できます。この手法には、サンプル量の少なさ、低コスト、細胞へのダメージの最小化、蛍光退色の少なさ、消光への耐性、および複数画像のキャプチャが可能であることなど、多くの利点があります。さらに、96ウェルプレートのイメージング時間は、通常わずか30–45 min20です。
実験プロトコルにおいて、イメージングの品質を確保するためには、以下のステップに重点を置いてください。第一に、適切なプレート密度を確保し、細胞密度が高すぎて画像が細胞で埋め尽くされたり、逆に密度が低すぎて染色や洗浄の過程で細胞が洗い流されたりすることを避けてください。第二に、残留した染料がイメージングに影響を与えないよう、染料を十分に洗浄してください。接着性の低い細胞の場合、染色の前後における液体の添加と除去は、垂直に加えないよう、ゆっくりと丁寧に操作してください。視...
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著者はすべて、利益相反がないことを宣言します。原稿の翻訳において、Zhipu AIは翻訳のみに使用され、研究データ、実験結果、または核心的な学術的内容の生成には使用されていません。著者は原稿の内容について全責任を負います。
著者らは、成都中医药大学学校基金による支援に感謝いたします。また、助成金MPRC2022034による支援に感謝いたします。本資金は、単純性肥満マウスに対する二陳湯による治療における腸内細菌の3Dダイナミックイメージング法の開発に使用されました。著者らは、成都中医药大学中医药创新研究院および交叉学科研究院が提供した研究プラットフォームに謝意を表します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 mLЦентリフュージチューブ | Labigic Technology Co., Ltd. | MCT-001-150 | |
| 1000 µL ピペットチップ | Labigic Technology Co., Ltd. | 35423003E | |
| 15 mLセントリフュージチューブ | Labigic Technology Co., Ltd. | CT-002-15A | |
| 2.5 µL ピペットチップ | Qingdao Haier Biomedical Co., Ltd. | B10T | |
| 200 µL ピペットチップ | Labigic Technology Co., Ltd. | T-001-200 | |
| 50 mLセントリフュージチューブ | Labigic Technology Co., Ltd. | CT-002-50A | |
| 96ウェル細胞培養プレート | Corning Incorporated | 3599 | |
| 調節可能シングルチャンネルピペット、0.1–2.5 μL | Eppendorf SE | 3120000216 | |
| 調節可能シングルチャンネルピペット、100–1000 μL | Eppendorf SE | 3120000267 | |
| 調節可能シングルチャンネルピペット、20–200 μL | Eppendorf SE | 3120000259 | |
| 調節可能シングルチャンネルピペット、2–20 μL | Eppendorf SE | 3120000232 | |
| 細胞培養ディッシュ | Corning Incorporated | 430167 | |
| 凍結保存バイアル | Labigic Technology Co., Ltd. | BS-20-ST | |
| ジメチルスルホキシド (DMSO) | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | D8371 | |
| ダルベッコ改変イーグル培地 (DMEM) | Life Technologies Limited | 11966-025 | 本研究では、10% FBS、1% ペニシリン-ストレプトマイシン溶液、および89% DMEMを用いて完全DMEMを調製した。 |
| ESCO CelCulture CO2 インキュベーター | Esco Micro Pte. Ltd. | CCL-170B-8 | |
| ウシ胎児血清 (FBS, Superfine) | Procell Life Science & Technology Co.,Ltd. | 164210-50 | |
| Hoechst 33342 蛍光染料 | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | B8040 | |
| HT22細胞 | Procell Life Science & Technology Co.,Ltd. | CL-0697 | |
| ImageJ | National Institutes of Health | ImageJは、本論文で使用された画像処理ソフトウェアの1つである。 | |
| ImageXpress Micro 共焦点ハイコンテンツイメージングシステム | Molecular Devices, LLC | ImageXpress Micro Confocal | 論文内では、装置名の代わりに「ハイコンテンツイメージングシステム」を使用する。 |
| 低速凍結遠心機 | Hunan Xiangyi Laboratory Instrument Development Co., Ltd. | L530R | |
| MetaXpress ハイコンテンツ画像取得・解析ソフトウェア | Molecular Devices, LLC | このソフトウェアは、ImageXpress® Micro 共焦点ハイコンテンツイメージングシステムの付属ソフトである。論文内では、「装置に付属の解析ソフトウェア」はこのソフトウェアを指す。 | |
| OptiMair 垂直層流キャビネット | Esco Micro Pte. Ltd. | ACB-4E1 | |
| Parafilm M | Pechiney Plastic Packaging Inc. | PM996 | |
| PBS | Shanghai Yuchun biology science and technology co., ltd | YC-5013 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン溶液 | Procell Life Science & Technology Co.,Ltd. | PB180120 | |
| プロピジウムヨード溶液 (PI) | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | C0080 | |
| トリプシン-EDTA溶液 | BasalMedia Technology Co.,Ltd. | S310KJ |
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