Προβλήματα στη διατήρηση της βιωσιμότητας των κυττάρων στο σύστημα απεικόνισης ζωντανών κυττάρων κατά τη διάρκεια της απεικόνισης

Η απεικόνιση ζωντανών κυττάρων είναι ένα σημαντικό αναλυτικό εργαλείο σε εργαστήρια που μελετούν κλάδους βιοϊατρικής έρευνας, όπως η κυτταρική βιολογία, η νευροβιολογία, η φαρμακολογία και η αναπτυξιακή βιολογία. Η απεικόνιση σταθερών κυττάρων και ιστών (για τους οποίους η φωτολεύκανση είναι το κύριο ζήτημα) απαιτεί συνήθως υψηλή ένταση φωτισμού και μεγάλο χρόνο έκθεσης. Ωστόσο, αυτά πρέπει να αποφεύγονται κατά την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων. Η μικροσκοπία ζωντανών κυττάρων συνήθως περιλαμβάνει έναν συμβιβασμό μεταξύ της λήψης ποιότητας εικόνας και της διατήρησης υγιών κυττάρων. Επομένως, για να αποφευχθεί η υψηλή ένταση φωτισμού και ο μεγάλος χρόνος έκθεσης, οι χωρικές και χρονικές αναλύσεις συχνά περιορίζονται σε ένα πείραμα. Η απεικόνιση ζωντανών κυττάρων περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα μεθόδων απεικόνισης με ενισχυμένη αντίθεση για οπτική μικροσκοπία. Οι περισσότερες έρευνες χρησιμοποιούν έναν από τους πολλούς τύπους μικροσκοπίας φθορισμού, και αυτό συχνά συνδυάζεται με τεχνικές εκπεμπόμενου φωτός, οι οποίες θα συζητηθούν παρακάτω. Η συνεχής πρόοδος στις τεχνικές απεικόνισης και ο σχεδιασμός των ανιχνευτών φθορισμού βελτιώνουν τη δύναμη αυτής της προσέγγισης, διασφαλίζοντας ότι η απεικόνιση ζωντανών κυττάρων θα συνεχίσει να είναι ένα σημαντικό εργαλείο στη βιολογία.

Μια σημαντική προσοχή είναι να διασφαλιστεί ότι τα κύτταρα είναι σε καλή κατάσταση και λειτουργούν κανονικά ενώ βρίσκονται στο στάδιο του μικροσκοπίου με φωτισμό παρουσία συνθετικών φθοροφόρων ή φθοριζουσών πρωτεϊνών. Οι συνθήκες υπό τις οποίες διατηρούνται τα κύτταρα στο στάδιο του μικροσκοπίου, αν και ποικίλλουν ευρέως, συχνά υπαγορεύουν την επιτυχία ή την αποτυχία ενός πειράματος.

Διατίθενται διάφορα μέσα κυτταροκαλλιέργειας με βάση τις ιδιαίτερες βιοχημικές απαιτήσεις των κυττάρων. Τα μέσα καλλιέργειας περιέχουν διάφορα συστατικά, όπως αμινοξέα, βιταμίνες, ανόργανα άλατα (μέταλλα), ιχνοστοιχεία, συστατικά νουκλεϊκών οξέων (βάσεις και νουκλεοσίδες), σάκχαρα, ενδιάμεσα του κύκλου τρικαρβοξυλικού οξέος, λιπίδια και συνένζυμα. Στα μέσα καλλιέργειας ιστών, ένα σημαντικό βήμα είναι ο έλεγχος της συγκέντρωσης οξυγόνου, του pH, της ρυθμιστικής ικανότητας, της ωσμωτικότητας, του ιξώδους και της επιφανειακής τάσης. Οι εμπορικά διαθέσιμες συνθέσεις μέσων συχνά περιλαμβάνουν μια βαφή δείκτη (π.χ. ερυθρό φαινόλης) για τον οπτικό προσδιορισμό της κατά προσέγγιση τιμής του pH. Ένα ρυθμιστικό σύστημα διοξειδίου του άνθρακα και διττανθρακικών για τη ρύθμιση του pH απαιτείται για όλες σχεδόν τις κυτταρικές σειρές. Τα κύτταρα πρέπει να καλλιεργηθούν σε μια ατμόσφαιρα που περιέχει μια μικρή ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα (συνήθως 5-7%) σε επωαστήρες για τον έλεγχο της συγκέντρωσης του διαλυμένου αερίου. Για την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων, μια κατάλληλη ατμόσφαιρα με διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να είναι δύσκολο να παρασχεθεί, και αυτό συνήθως απαιτεί ειδικά σχεδιασμένους θαλάμους καλλιέργειας για μια ρυθμιζόμενη ατμόσφαιρα. Οι απαιτήσεις σε οξυγόνο μπορεί να ποικίλλουν μεταξύ των κυτταρικών σειρών, αλλά τα κανονικά επίπεδα ατμοσφαιρικής τάσης οξυγόνου είναι κατάλληλα για τις περισσότερες καλλιέργειες. Όσον αφορά την ωσμωτικότητα, οι περισσότερες κυτταρικές σειρές έχουν μεγάλη ανοχή στην οσμωτική πίεση, με καλή ανάπτυξη σε οσμωτικότητα μεταξύ 260 και 320 χιλιοστογραμμομοριακών. Όταν τα κύτταρα αναπτύσσονται σε καλλιέργειες ανοιχτής πλάκας ή σε τρυβλία Petri, μπορεί να χρησιμοποιηθεί υποτονικό μέσο για την αντιμετώπιση της εξάτμισης.