Problem med att upprätthålla cellviabilitet i levande cellavbildningssystem under avbildning

Live-cell imaging är ett viktigt analysverktyg i laboratorier som studerar biomedicinska forskningsdiscipliner, såsom cellbiologi, neurobiologi, farmakologi och utvecklingsbiologi. Avbildning av fixerade celler och vävnader (för vilka fotoblekning är huvudproblemet) kräver vanligtvis en hög belysningsintensitet och lång exponeringstid; dessa måste dock undvikas vid avbildning av levande celler. Mikroskopi med levande celler innebär vanligtvis en kompromiss mellan att få bildkvalitet och att behålla friska celler. Därför, för att undvika en hög belysningsintensitet och lång exponeringstid, är rumsliga och tidsmässiga upplösningar ofta begränsade i ett experiment. Avbildning av levande celler involverar ett brett utbud av kontrastförstärkta avbildningsmetoder för optisk mikroskopi. De flesta undersökningar använder en av de många typerna av fluorescensmikroskopi, och detta kombineras ofta med tekniker för genomsläppt ljus, vilket kommer att diskuteras nedan. Kontinuerliga framsteg inom avbildningstekniker och design av fluorescerande prober förbättrar kraften i detta tillvägagångssätt, vilket säkerställer att avbildning av levande celler kommer att fortsätta att vara ett viktigt verktyg inom biologi.

En viktig försiktighet är att se till att cellerna är i gott skick och fungerar normalt när de befinner sig på mikroskopstadiet med belysning i närvaro av syntetiska fluoroforer eller fluorescerande proteiner. De förhållanden under vilka celler hålls på mikroskopstadiet, även om de varierar mycket, dikterar ofta framgången eller misslyckandet av ett experiment.

Olika cellodlingsmedier är tillgängliga baserat på de särskilda biokemiska kraven hos celler. Odlingsmedier innehåller olika beståndsdelar, inklusive aminosyror, vitaminer, oorganiska salter (mineraler), spårämnen, nukleinsyrabeståndsdelar (baser och nukleosider), sockerarter, trikarboxylsyracykelintermediärer, lipider och koenzymer. I vävnadsodlingsmedier är ett viktigt steg att kontrollera syrekoncentration, pH, buffertkapacitet, osmolaritet, viskositet och ytspänning. Kommersiellt tillgängliga mediaformuleringar inkluderar ofta ett indikatorfärgämne (t.ex. fenolrött) för att visuellt bestämma det ungefärliga pH-värdet. Ett koldioxid- och bikarbonatbuffertsystem för att reglera pH behövs för nästan alla cellinjer. Cellerna måste odlas i en atmosfär som innehåller en liten mängd koldioxid (vanligtvis 5–7%) i inkubatorer för att kontrollera koncentrationen av löst gas. För avbildning av levande celler kan en lämplig atmosfär med koldioxid vara svår att tillhandahålla, och detta kräver vanligtvis särskilt utformade odlingskammare för en reglerad atmosfär. Syrebehov kan variera mellan cellinjer, men normala atmosfäriska syrespänningsnivåer är lämpliga för de flesta kulturer. När det gäller osmolaritet har de flesta cellinjerna stor tolerans för osmotiskt tryck, med god tillväxt vid osmolariteter mellan 260 och 320 milliosmolar. När celler odlas i kulturer med öppen platta eller petriskålar, kan hypotont medium användas för att klara av avdunstning.