Optische microscopie wordt gebruikt om de microstructuren van monsters te observeren. Optische beeldvorming is snel, minder invasief en minder destructief dan andere technologieën1. Live-cell imaging met optische microscopie is ontwikkeld om de dynamiek van gekweekte levende cellen over een lange periode vast te leggen2. Verschillende soorten optische contrasten bieden verschillende informatie over biologische monsters. Optische fasemicroscopie toont bijvoorbeeld het subtiele verschil in de brekingsindices in het monster3. Fluorescentiemicroscopie wordt veel gebruikt om specifieke biomoleculen of cellulaire organellen in beeld te brengen. De breedbandexcitatie- en emissiespectra van fluorescentie resulteren echter meestal in spectrale overlapping wanneer meerkleurige beeldvorming wordt uitgevoerd4. Fluorescerende moleculen zijn lichtgevoelig en kunnen worden gebleekt na langdurige, periodieke blootstelling aan licht. Bovendien kan fluorescentielabeling de biodistributie van de moleculen in cellen5 veranderen. SRS-microscopie is een labelvrije chemische beeldvormingstechnologie6. Het contrast van SRS is gebaseerd op de trillingsovergang van specifieke chemische bindingen. De trillingsfrequentie van een chemische binding vertoont vaak een smalle spectrale bandbreedte, waardoor het mogelijk is om meerdere Raman-banden in dezelfde monsters af te beelden7. SRS-microscopie is een uniek hulpmiddel voor beeldvorming van levende cellen en biedt meerdere chemische contrasten op een labelvrije manier8.
Hoewel SRS-beeldvorming van niet-gekleurde cellen voor veel studies is gebruikt, is SRS-beeldvorming van levende cellen op lange termijn niet op grote schaal toegepast. Een reden is dat commerciële open kamers niet direct kunnen worden gebruikt voor SRS-beeldvorming vanwege hun grote dikte 9,10,11,12. Deze kamers met een glazen deksel zijn meestal ontworpen voor brightfield- of fluorescentiebeeldvorming met behulp van een enkel hoog NA-objectief met een achterwaarts detectieschema. SRS-beeldvorming geeft echter de voorkeur aan verzonden detectie met behulp van zowel een hoog NA-objectief als een hoge NA-condensor, waardoor er slechts een zeer korte opening (meestal enkele millimeters) tussen het objectief en de condensor overblijft. Om dit probleem op te lossen, hebben we een flexibele kamer ontworpen met behulp van een zacht materiaal om time-lapse SRS-beeldvorming van levende cellen mogelijk te maken met behulp van een rechtopstaand microscoopframe. In dit ontwerp is het waterdompelobjectief ingesloten in de zachte kamer en kan het vrij bewegen in drie dimensies voor scherpstel- en beeldvormingsdoeleinden.
De optimale temperatuur voor het kweken van de meeste zoogdiercellen is 37 °C, terwijl de kamertemperatuur altijd 10° lager is dan dit. Temperatuur hoger of lager dan 37 °C heeft een dramatisch effect op de celgroeisnelheid13. Daarom is temperatuurregeling van de celkweekomgeving vereist in een live-cell imaging-systeem. Het is bekend dat temperatuurinstabiliteit zal leiden tot onscherpe problemen tijdens langdurige beeldvorming14. Om een stabiele omgeving van 37 °C te bereiken, hebben we een grote behuizingskamer gebouwd om het hele microscoopframe te bedekken, inclusief een thermische isolatielaag onder de microscoop (figuur 1). In de omvangrijke temperatuurregelkamer helpt de kleine flexibele kamer om de fysiologische vochtigheid en pH nauwkeurig te handhaven via de gereguleerde luchtstroom aangevuld met 5% CO 2 (figuur 2). De temperatuur en vochtigheid van de kamers werden gemeten om te bevestigen dat het ontwerp met dubbele kamer de optimale celkweekconditie bood voor celgroei onder langdurige, periodieke SRS-beeldvorming (figuur 3). Vervolgens demonstreerden we de toepassing van het systeem voor time-lapse beeldvorming en het volgen van lipidedruppels (LDs) in SKOV3-kankercellen (figuur 4, figuur 5 en figuur 6).