活細(xì)胞成像技術(shù)革新了生物學(xué)家研究細(xì)胞、蛋白質(zhì)以及眾多分子之間相互作用和生理過(guò)程的方式。這項(xiàng)技術(shù)使得科學(xué)家們可以實(shí)時(shí)或者在一段時(shí)間內(nèi)觀察細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)胞生理過(guò)程。了解這些細(xì)胞結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過(guò)程對(duì)于解釋許多細(xì)胞生物學(xué)問(wèn)題是至關(guān)重要的。與固定細(xì)胞的成像研究中提供的“快照"相比，對(duì)于動(dòng)態(tài)變化的觀察使得人們對(duì)細(xì)胞的運(yùn)作過(guò)程的認(rèn)識(shí)更加深入。此外，由于活細(xì)胞成像更不容易引入實(shí)驗(yàn)偽影，它通常能提供比固定細(xì)胞成像更加真實(shí)可靠的信息。這篇綜述將回顧活細(xì)胞成像的系統(tǒng)構(gòu)成、使用的探針、常見的方法和應(yīng)用。
活細(xì)胞成像(live cell imaging)統(tǒng)稱為捕捉活的、活動(dòng)狀態(tài)的細(xì)胞圖像的技術(shù)，這些細(xì)胞圖像可以是單個(gè)靜態(tài)圖像，也可以是延時(shí)系列圖像。相應(yīng)地，活細(xì)胞成像的應(yīng)用可以分為兩大類:
1、細(xì)胞在自然狀態(tài)下的圖象記錄
2、實(shí)時(shí)觀察和記錄細(xì)胞、組織或整個(gè)生物體的動(dòng)態(tài)過(guò)程
活細(xì)胞成像在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用一直在上升，這在很大程度上是由于熒光標(biāo)記技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和光學(xué)方面的技術(shù)進(jìn)步。
20世紀(jì)60年代早期綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)和20世紀(jì)90年代以來(lái)其許多衍生物的廣泛使用標(biāo)志著顯微鏡新時(shí)代的開始。熒光蛋白的使用，
無(wú)論是單獨(dú)使用還是在產(chǎn)生融合型熒光蛋白后使用，都使細(xì)胞和細(xì)胞成分的監(jiān)測(cè)成為可能，可用的蛋白質(zhì)和酶靶的數(shù)量不斷增加。
正如前面所提到的，活細(xì)胞成像的第二個(gè)也是更明顯的優(yōu)勢(shì)是，它能夠記錄細(xì)胞、組織或整個(gè)生物體發(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程。從細(xì)胞分裂到細(xì)胞在培養(yǎng)物和有機(jī)切片中的遷移，
到細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換，到鈣成像，大量的過(guò)程可以被實(shí)時(shí)可視化和記錄。熒光標(biāo)記標(biāo)記特定的細(xì)胞器，其光譜行為的變化與細(xì)胞和細(xì)胞器內(nèi)的化學(xué)變化相對(duì)應(yīng)的標(biāo)記為我們提供了的細(xì)胞工作的洞察力。
使用活細(xì)胞成像方法可以研究許多生物學(xué)問(wèn)題，一些特定的成像系統(tǒng)也可以用來(lái)觀測(cè)活體動(dòng)物中的分子。如下表常見的應(yīng)用及其對(duì)應(yīng)的顯微成像方法。
| 實(shí)驗(yàn)需求 | 方法 | 名稱縮寫 |
|---|
| 觀測(cè)分子在細(xì)胞內(nèi)，以及細(xì)胞之間（通過(guò)縫隙連接）的運(yùn)動(dòng) | 漂白后熒光恢復(fù) | FRAP |
| 離子濃度（鈣、鎂）的時(shí)間或空間變化 | 離子成像 | 空 |
| 細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的定量 | 比例法離子成像 | 空 |
| 生物傳感 | 熒光共振能量轉(zhuǎn)移 | FRET |
| 觀測(cè)發(fā)生在細(xì)胞膜上或者附近的事件，或者對(duì)薄切片成像 | 全內(nèi)反射顯微成像 | TIRF |
| 對(duì)細(xì)胞進(jìn)行長(zhǎng)期成像 | 時(shí)域熒光壽命顯微成像 | TD-FLIM |
| 觀測(cè)某個(gè)分子隨著時(shí)間的擴(kuò)散情況 | 單分子示蹤-熒光相關(guān)譜 | SMT-FSC |
| 單分子的精確分辨 | 光激活定位顯微鏡 | PALM |
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