Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统详解（一）

突破高速体积成像限制，赋能动态生命科学研究

Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统基于扫描共聚焦对准平面激发（SCAPE，Swept Confocally Aligned Planar Excitation）技术构建，专为活细胞及复杂生物样本的高速三维（3D）体成像需求而设计。系统可在标准样品载体条件下实现快速、温和的体积成像，为研究人员提供兼顾时间分辨率、空间信息和样本活性的成像方案。

随着生命科学研究不断向动态过程解析和复杂模型研究深入，研究对象已逐步从二维培养体系扩展至类器官、细胞球以及完整生物体等三维模型体系。如何在保持样本生理活性的前提下，实现高时空分辨率的体积成像，已成为先进成像技术发展的重要方向。

活细胞成像系统：观察真实生物过程的重要工具

活细胞成像是现代生命科学研究的重要技术手段，广泛应用于细胞生物学、发育生物学、神经科学、肿瘤研究及药物研发等领域。

该技术通过对活细胞、组织、类器官甚至完整生物体进行持续观察，实现对生物过程的实时可视化分析。获得的数据既可以是单张静态图像，也可以是时间序列动态影像。

随着光学系统、荧光标记技术以及图像采集技术的发展，活细胞成像系统的适用范围不断扩展，其在基础研究与转化研究中的价值日益凸显。

活细胞成像系统的核心优势主要体现在以下两个方面：

避免固定处理引入的结构假象

传统固定处理可能导致细胞结构发生改变，而活细胞成像能够在接近天然状态下观察生物样本，帮助研究人员更加真实地解析细胞行为和组织结构。

实时监测动态生物学过程

许多关键生命活动具有高度动态特征，例如：

• 钙离子信号传导
• 线粒体动态变化
• 细胞迁移与分裂
• 发育过程中的细胞行为

这些过程往往发生在毫秒至秒级时间尺度，对成像速度提出较高要求。同时，维持样本长期健康状态也是获得可靠实验结果的重要前提。

三维模型推动活细胞研究进入新阶段

近年来，以类器官（Organoid）和细胞球（Spheroid）为代表的三维培养体系快速发展，为生命科学研究提供了更加接近体内环境的模型平台。

相比传统二维培养体系，三维模型能够更真实地模拟组织微环境和细胞间相互作用，因此在多个研究方向中展现出重要价值。

生理与疾病机制研究

研究人员可利用三维模型研究：

• 发育过程
• 组织稳态
• 组织再生
• 疾病发生机制
• 潜在耐药机制

生物制药与药物开发

在药物筛选和疾病建模领域，三维模型已成为重要研究工具，可用于：

• 候选药物评价
• 疗效验证
• 疾病模型构建

同时，相关模型的应用有助于减少对动物实验模型的依赖。

推动复杂生物学研究

随着研究深度不断提升，球形生物样本和复杂组织模型正为再生医学及疾病研究提供更多具有转化价值的生物学信息。

其应用价值尤其体现在：

• 肿瘤研究
• 神经退行性疾病研究
• 免疫学研究

然而，随着样本复杂度持续增加，传统二维成像方式已难以满足快速、高通量三维观察需求，对体积成像技术提出了新的挑战。

为高速体成像而生：SCAPE技术的创新路径

为了满足复杂生物样本高速三维成像的需求，研究人员开发了扫描共聚焦对准平面激发（SCAPE）显微技术。

与传统逐层扫描方式相比，SCAPE技术能够在无需移动样本的情况下完成快速三维体积扫描，从而显著提升动态成像能力。

这一技术路径为以下研究场景提供了新的解决方案：

• 快速细胞信号追踪
• 活体发育过程监测
• 长时间动态观察
• 高通量样本分析

迈入高速体成像时代

无需移动样本的快速三维采集

SCAPE扫描方式能够在保持样本静止的条件下完成高速体积成像。

这一优势对于活体样本及动态过程研究尤为重要，因为避免样本移动有助于降低机械扰动对实验结果的影响。

同时，研究人员可以：

• 实时观察快速信号传导过程
• 提高时间分辨率
• 在相同时间内采集更多样本
• 提升实验通量

多类型样本的体积成像能力展示

Viventis SCAPE系统已在多种生命科学研究模型中展现出高速体积成像能力。

U2OS细胞微管动态成像

U2OS细胞瞬时表达EB3 mBaojin标记结构，可实现：

• 三维动态观察
• 微管生长行为分析

成像速度达到：

1.5秒/体积

斑马鱼胚胎心脏发育观察

对30 hpf斑马鱼胚胎心脏进行动态记录：

• 成像体积：84 × 106 × 68 μm
• 记录时间：9秒
• 成像速度：11体积/秒

实现发育过程中的快速生物学事件观察。

自由运动秀丽隐杆线虫成像

针对自由运动状态下的秀丽隐杆线虫进行三维成像：

• 成像体积：199 × 220 × 20 μm
• 成像速度：3体积/秒
• 每体积包含220个成像平面

展示了系统对动态活体样本的连续体积采集能力。

长时间钙信号动态监测

在3 dpf斑马鱼胚胎尾鳍区域进行低渗诱导Ca²⁺成像：

• 采集频率：每2秒1个体积
• 持续时间：30分钟

实现长时间动态过程追踪，为研究细胞信号传导与组织响应提供支持。

面向未来活体研究的高速体成像平台

随着生命科学研究不断向更复杂、更接近生理状态的模型体系发展，高速体积成像已成为解析动态生命过程的重要技术基础。

Viventis SCAPE纯光学高速体成像系统通过扫描共聚焦对准平面激发技术，实现了：

• 非侵入式三维观察
• 高速体积采集
• 动态过程实时记录
• 长时间活体成像

结合徕卡显微系统在先进成像领域的技术积累，以及与数字化分析平台生态的协同能力，研究人员能够更加高效地获取复杂生物样本的时空信息，为发育生物学、神经科学、细胞生物学及疾病机制研究提供新的观察维度和研究可能。