zenCELL owl 细胞成像仪在气液界面上皮分化及病毒感染研究中的应用

【ERJ Open Research】Ciliated epithelial cell differentiation at air-liquid interface and respiratory syncytial virus infection using animal-free media and substrates
利用无动物源培养基与基质在气液界面下诱导纤毛上皮细胞分化及呼吸道合胞病毒感染

传统细胞培养体系普遍采用胎牛血清、细胞外基质蛋白等动物源性试剂，存在伦理争议、批间差异大、外源微生物污染等风险，开发安全稳定的无动物源替代试剂已成行业刚需。

呼吸道合胞病毒（RSV）是导致婴幼儿急性下呼吸道感染的主要病原体。现有 RSV 研究多使用动物模型，其与人类的种属相关性较弱。气液界面（ALI）培养体系虽可模拟人体呼吸道生理结构，但仍受限于细胞贴壁困难、细胞分布不足、系统稳定性差等问题。因此，建立无动物源、稳定的人源相关体外模型对于 RSV 研究和药物开发至关重要。

作者单位：伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所感染、免疫与炎症系；曼彻斯特大学生物学、医学与健康学院医学科学系

期刊：ERJ Open Research

发表年份：2025 年

样本：人原代支气管上皮细胞（BECs）、HEp-2 细胞

分析设备：德国 innoME zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统

本研究选用人原代支气管上皮细胞（BECs），基于气液界面培养体系，系统评估无动物源培养基和基质对纤毛上皮细胞分化及 RSV 感染的影响。通过细胞计数检测细胞贴壁和增殖能力，通过跨上皮电阻和荧光右旋糖酐渗透性实验判断屏障功能，结合高速视频显微镜和流式细胞术综合分析分化状态和病毒感染水平。

研究发现，无动物源基质可有效支撑原代支气管上皮细胞的贴壁和生长，其中水母 0 型胶原蛋白效果最优；人胎盘胶原蛋白 IV 有助于细胞在气液界面高效分化，形成包含基底细胞、纤毛细胞和杯状细胞的多类型上皮层。在无动物源条件下，VP-SFM 培养基可支持 RSV 高效扩增，且 RSV 感染分化上皮细胞后能检测到病毒 RNA 并诱导炎症因子显著升高。

细胞增殖监测：采用德国 innoME 公司的 zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统，通过实时相差成像和自动化图像处理算法，持续追踪不同无动物源培养基条件下原代支气管上皮细胞的增殖动态（图 1，图 2）。

图 1. 接种于不同基质上的原代儿童 BEC 贴壁情况对比
zenCELL owl 活细胞成像系统采集到 24/48/72 h 明场代表性图像，比例尺 100 μm
红色：鼠尾 I 型胶原；黑色：人胎盘 IV 型胶原；蓝色：iMatrix-511；绿色：水母 0 型胶原蛋白

图2. 不同培养体系中原代儿童 BEC 增殖对比
zenCELL owl 活细胞成像采集到的 24/48/72 h 明场图，虚线标注 3T3-Y 组典型铺路石上皮克隆，比例尺 100 μm
红色：PromoCell AECGM；蓝色：Epithelix hAECM，绿色：Epithelix hSAECM；黄色：3T3-Y 条件（9% HS）

监测结果显示（图1、图2），PromoCell AECGM 和 Epithelix hAECM 两种无动物源培养基均可支持 BEC 细胞良好的增殖。其中，PromoCell AECGM 组的平台期覆盖率略高，但两者整体生长趋势基本一致，维持了细胞正常生长（图 3）。

图 3.在两种不同培养基中的BEC细胞面积覆盖率随时间的变化
红色曲线代表 PromoCell AECGM 组，蓝色曲线代表 Epithelix hAECM 组。

图 4.两种不同培养基条件下 BEC 细胞的代表性延时活细胞成像（0~84 h）
上方红框图像为 PromoCell AECGM 组的代表性视野（Video A），下方蓝框图像为 Epithelix hAECM 组的代表性视野（Video B）。

本研究证实，无动物源细胞培养系统可支持原代气道上皮细胞的贴壁、增殖、分化和 RSV 感染全过程，为 RSV 研究提供了一种更符合伦理、更高重复性、更具人类相关性的体外模型。

原文链接：https://doi.org/10.1183/23120541.00028-2025

基于现有方法的系统比较，活细胞动态成像设备如来自德国 innoME 公司的 zenCELL owl 活细胞动态成像及分析系统，可实现无标记、非侵入、培养箱内原位记录细胞实时生长状态，输出图片、视频、细胞数量，并绘制细胞的汇合度曲线、生长曲线和迁移率曲线。

核心特点：

• 24高通量并行成像：24组独立的光源、镜头和相机，同时监测 24 个细胞样本/视野，可实现各种自定义的多组对比实验，如 3 个重复 ×8 个分组；单台电脑可同时控制 6 台设备，满足高通量筛选需求；

• 培养箱内长时间运行：外形尺寸 18 cm×10.5 cm×18 cm，体型小巧，可置于培养箱的任意隔层，不影响其他细胞实验；24×7 小时不间断监测，无需人工值守；

• 性能稳定数据可靠：整机无机械位移，避免机械误差和抖动；无机械疲劳，避免 XY 轴的图像位移偏差和 Z 轴反复移动的脱焦问题，保障视野固定和数据连续稳定，实验结果重复性高；

• 自动输出定量数据：设备自动记录细胞图片，生成动态视频，输出细胞汇合度、细胞数量、细胞生长曲线等

• 开放兼容极简操作：兼容各品牌细胞培养板/瓶/皿，无需专用耗材，软件界面简洁，全自动运行；

• 封闭设计方便消杀：一体化构造，外表面无清洁死角，可整机酒精消毒；内部无机械移动部件，无需风扇开口散热降温，避免仪器内滋生细菌、污染培养细胞，避免水蒸气、弱酸蒸汽进入设备腐蚀内部电子器件。

应用方向：

• 细胞增殖/增殖抑制：药物/化合物筛选，细胞毒理研究，细胞因子/基因编辑对增殖的影响

• 细胞划痕/迁移实验：肿瘤侵袭，伤口愈合，药物对细胞迁移能力的影响研究

• 活细胞行为观测：细胞吞噬/杀伤、细胞凋亡、病毒侵染细胞、细胞形态变化、干细胞分化等过程观测

• 细胞培养质控与条件优化：接种密度、培养基、血清、培养环境的标准化与参数优化

• 3D 模型监测：肿瘤球、类器官形成、生长、药物响应的长时程动态追踪

• 其它动态监测：神经突触的形成，血管的形成，胚胎的分裂，心肌细胞的搏动等