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(kāi)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)記為我們提供了前所未有的細(xì)胞工作的洞察力。
活細(xì)胞成像技術(shù)反映活細(xì)胞狀態(tài)
要使活細(xì)胞成像技術(shù)成功，并導(dǎo)致盡可能準(zhǔn)確地反映活細(xì)胞狀態(tài)，需要滿足許多條件。
1.正確的培養(yǎng)條件
適當(dāng)?shù)募?xì)胞培養(yǎng)基(包括緩沖液和生長(zhǎng)血清)、適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)血管和無(wú)菌技術(shù)。恒定溫度37°C。為了中和代謝產(chǎn)物引起的酸化，保持pH 7.4，使用碳酸氫鹽(HCO3 -)和溶解二氧化碳(CO2)緩沖系統(tǒng)。如果沒(méi)有可用的CO2，也可以使用含有10-20 mM HEPES的緩沖液。苯酚紅是一種常用的pH值監(jiān)測(cè)方法。培養(yǎng)容器的選擇也很重要，細(xì)胞通常在塑料上生長(zhǎng)得更好，但玻璃能提供更高的高倍光學(xué)質(zhì)量。另一方面，玻璃通常需要涂層，如多聚賴氨酸或聚鳥氨酸。細(xì)菌污染總是一個(gè)問(wèn)題，所以使用抗生素是常見(jiàn)的，如果某一特定方案要求避免使用抗生素，那么在準(zhǔn)備和維持培養(yǎng)過(guò)程就要更加小心謹(jǐn)慎。
2.保護(hù)細(xì)胞免受光毒性
利用熒光成像可能由于光毒性而對(duì)細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生潛在的有害影響，光毒性可能來(lái)自不同的來(lái)源。細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)分子，如卟啉、黃素等，在與氧反應(yīng)時(shí)會(huì)吸收光并發(fā)生降解，從而釋放活性氧，如超氧化物自由基、羥基自由基、過(guò)氧化氫等，這些都會(huì)引起細(xì)胞損傷。熒光染料本身也能產(chǎn)生自由基，因?yàn)樗鼈冊(cè)诩ぐl(fā)態(tài)時(shí)能與氧反應(yīng)。通過(guò)實(shí)施一些簡(jiǎn)單而有效的措施可以避免光毒性。
a. 使用具有較低能量(較長(zhǎng)的波長(zhǎng))激發(fā)光譜的熒光團(tuán);
b.使用盡可能低的光強(qiáng)和盡可能短的激發(fā)持續(xù)時(shí)間;
c.盡可能降低幀速率，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)中。
3.適當(dāng)?shù)膸俾?br />
在觀察變化的活動(dòng)時(shí)，研究者需要確保圖像幀速率適合于跟蹤這些事件。幀速率過(guò)低意味著時(shí)間分辨率的損失和記錄文件中感興趣的進(jìn)程的糟糕表示。另一方面，幀速率過(guò)高會(huì)增加光毒性的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)生更大的文件。但是，如果要記錄的活動(dòng)速度非?？欤灾劣谒璧膸俾蕦?dǎo)致了光毒性，在這種情況下，提高相機(jī)的靈敏度，在較低的激發(fā)光強(qiáng)和較低的增益下，利用所需的幀頻達(dá)到滿意的效果是非常有幫助的。
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(jiàn)的應(yīng)用及其對(duì)應(yīng)的顯微成像方法。