細(xì)胞信號通路是細(xì)胞生命活動的核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其激活、傳導(dǎo)、反饋與交叉對話，決定了細(xì)胞增殖、分化、凋亡、遷移等幾乎所有生理過程。過往的研究手段往往局限于單靶點(diǎn)、終點(diǎn)式的檢測，要么需要破壞細(xì)胞原位結(jié)構(gòu)獲取分子表達(dá)數(shù)據(jù)，要么無法追蹤信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的動態(tài)過程，最終只能得到碎片化的靜態(tài)結(jié)果，難以完整還原通路在真實(shí)生理環(huán)境中的調(diào)控邏輯。想要真正解碼細(xì)胞信號通路的運(yùn)作機(jī)制，必須建立覆蓋空間定位、時間動態(tài)、表型變化、分子表達(dá)的多參數(shù)分析體系，在不干擾細(xì)胞正常生理狀態(tài)的前提下，實(shí)現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)的同步捕獲與精準(zhǔn)量化。

活細(xì)胞狀態(tài)下的原位動態(tài)觀測，是多參數(shù)分析的基礎(chǔ)前提。信號通路的調(diào)控往往伴隨快速的分子定位變化與功能響應(yīng)，而長時間的活細(xì)胞觀察，對成像系統(tǒng)的光毒性與成像速度提出了嚴(yán)苛的雙重要求 —— 過高的激光功率會引發(fā)光漂白與光損傷，直接改變細(xì)胞的生理狀態(tài)，干擾通路的真實(shí)傳導(dǎo)；過慢的成像速度則會錯過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵動態(tài)節(jié)點(diǎn)。微透鏡增強(qiáng)型 Nipkow 轉(zhuǎn)盤共聚焦技術(shù)，通過約 20000 個針孔與對應(yīng)微透鏡的同步高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多光束同步掃描，在大幅降低激發(fā)光功率的同時，完成對樣本的高速光柵掃描，平衡了低光損傷與高速成像的核心需求。基于這一技術(shù)的 CellVoyager CQ1 臺式高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)，無需將細(xì)胞從培養(yǎng)皿中消化解離，就能完成與流式細(xì)胞術(shù)精度相當(dāng)?shù)膯渭?xì)胞定量分析，同時完整保留細(xì)胞的原位培養(yǎng)環(huán)境、形態(tài)結(jié)構(gòu)與空間分布信息，實(shí)現(xiàn) “定量數(shù)據(jù) + 形態(tài)特征 + 空間定位” 的多參數(shù)同步獲取。

針對 3D 細(xì)胞球、組織切片等更接近體內(nèi)生理環(huán)境的研究模型，CQ1 可實(shí)現(xiàn)無損的 3D 成像與全維度量化分析，將信號通路的研究邊界從 2D 單層細(xì)胞，拓展到三維空間內(nèi)的細(xì)胞間信號傳導(dǎo)與空間異質(zhì)性分析。系統(tǒng)內(nèi)置的高精度載物臺培養(yǎng)箱，配合共聚焦技術(shù)的低光毒性優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的長時程延時成像，最大 20fps 的采集選項(xiàng)，足以追蹤通路在細(xì)胞周期推進(jìn)、分化進(jìn)程、藥物應(yīng)答過程中的連續(xù)動態(tài)變化。其開放式的平臺設(shè)計，支持 FCS、CSV、ICE 等通用格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，可兼容各類第三方分析軟件，同時可通過培養(yǎng)皿處理機(jī)器人與外部系統(tǒng)集成，適配個性化的實(shí)驗(yàn)流程。

隨著研究的深入，信號通路的分析逐漸向亞細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)、超快動態(tài)事件、復(fù)雜生物模型延伸，對成像分辨率、采集速度、多通道同步能力提出了更高的要求。比如心肌細(xì)胞鈣信號的瞬時波動、軸突內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄因子的核質(zhì)穿梭等事件，往往發(fā)生在毫秒級時間尺度；類器官、厚組織切片的深層成像，需要突破常規(guī)物鏡的成像深度限制，實(shí)現(xiàn)高信噪比的精細(xì)成像；細(xì)胞繪畫等多色標(biāo)記技術(shù)，則需要系統(tǒng)具備多通道同步采集的能力，以同步獲取多個細(xì)胞器、多個信號分子的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

CellVoyager CQ3000 高內(nèi)涵分析系統(tǒng)，搭載橫河電機(jī)專有共聚焦掃描單元 CSU，配合高數(shù)值孔徑水浸物鏡，可有效降低光在樣本中的散射損耗，實(shí)現(xiàn)比常規(guī)干鏡更深的成像深度與更高的圖像分辨率，清晰捕捉亞細(xì)胞層面的信號分子分布變化，為通路分析提供更精細(xì)的結(jié)構(gòu)與分子參數(shù)。系統(tǒng)支持第二攝像頭擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)兩個波長的同步成像，配合最快 100fps 的高速采集選項(xiàng)，完整捕獲傳統(tǒng)設(shè)備難以記錄的超快信號動態(tài)，為鈣信號傳導(dǎo)、心肌搏動等快速生理過程的通路分析提供充足的時間分辨率。針對大樣本平鋪成像的需求，系統(tǒng)內(nèi)置的均化器可實(shí)現(xiàn)全視場均勻照明，消除圖像中心與邊緣的亮度差異，避免拼接成像中視場接縫處的陰影干擾，保證多孔板、大尺寸組織切片全區(qū)域的參數(shù)定量準(zhǔn)確性。

針對目標(biāo)樣本的精準(zhǔn)捕獲需求，系統(tǒng)的目標(biāo)搜索功能可先通過低倍率掃描完成全孔篩查，根據(jù)預(yù)設(shè)條件定位目標(biāo)區(qū)域后，自動切換高倍率完成精細(xì)成像，在大幅縮減無效數(shù)據(jù)量的同時，實(shí)現(xiàn) “全樣本表型篩查 - 目標(biāo)區(qū)域精準(zhǔn)定量” 的雙維度參數(shù)分析。配套的高精度培養(yǎng)箱可維持長達(dá) 7 天的穩(wěn)定細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境，配合低光毒性的成像技術(shù)，可完成長時程的活細(xì)胞追蹤，完整記錄干細(xì)胞分化、腫瘤細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化等過程中，信號通路的連續(xù)調(diào)控動態(tài)。

在藥物研發(fā)與規(guī)?；硇秃Y選場景中，研究者需要同時兼顧篩選的通量與數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，既要在短時間內(nèi)完成海量化合物的檢測，又要獲取足夠多維度的參數(shù)，以精準(zhǔn)評估化合物對目標(biāo)信號通路的調(diào)控效應(yīng)，避免單參數(shù)篩選帶來的假陽性與脫靶效應(yīng)。這就需要成像分析系統(tǒng)具備超高通量的采集能力、全流程的自動化控制，以及對復(fù)雜 3D 模型、動力學(xué)實(shí)驗(yàn)的全面適配性。

CellVoyager CV8000 高內(nèi)涵篩選系統(tǒng)，通過整合橫河專有高速共聚焦掃描單元、最多四臺高靈敏度 sCMOS 相機(jī)、高精度環(huán)境控制載物臺培養(yǎng)箱與集成機(jī)器人移液器，解決了高通量與高內(nèi)涵之間的核心矛盾。四相機(jī)同步成像模式下，一塊 96 孔板的四色成像可在一分鐘內(nèi)完成，在大幅提升篩選效率的同時，為每一個樣本同步輸出細(xì)胞形態(tài)、增殖活性、凋亡水平、信號分子亞細(xì)胞定位、3D 結(jié)構(gòu)空間分布等數(shù)十項(xiàng)參數(shù)，構(gòu)建完整的化合物應(yīng)答特征譜。系統(tǒng)配備可交換的針孔陣列盤，可根據(jù)樣本特性靈活選擇 25μm 與 50μm 兩種規(guī)格的針孔 —— 厚樣本選用小直徑針孔提升共聚焦度，實(shí)現(xiàn)更清晰的深層成像；弱熒光樣本選用大直徑針孔提升光通量，獲得更高信噪比的圖像，保證不同類型樣本的參數(shù)定量都具備足夠的準(zhǔn)確性。

針對 3D 類器官的深層成像需求，系統(tǒng)可搭載 40 倍、60 倍自動化供水的水浸物鏡，通過先進(jìn)的球面像差校正技術(shù)，在樣本深層仍能輸出明亮、高分辨率的圖像，精準(zhǔn)捕捉信號通路在類器官內(nèi)部的空間傳導(dǎo)異質(zhì)性。集成的機(jī)器人移液器，可在成像過程中自動完成吸頭拾取、試劑加注、廢液丟棄的全流程操作，支持精準(zhǔn)控制試劑添加的速度與次數(shù)，適配藥物刺激的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)，可完整記錄試劑干預(yù)前后，信號通路從瞬時激活到長期應(yīng)答的全周期動態(tài)變化，將 “干預(yù) - 響應(yīng)” 的全過程參數(shù)納入分析體系。系統(tǒng)的密閉式載物臺培養(yǎng)箱，可精準(zhǔn)控制溫度、濕度與二氧化碳濃度，72 小時培養(yǎng)后的細(xì)胞增殖水平與常規(guī) CO?培養(yǎng)箱無顯著差異，為長時程的活細(xì)胞篩選提供穩(wěn)定的環(huán)境支撐。

多參數(shù)分析的核心價值，最終要通過高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析與挖掘來實(shí)現(xiàn)。三款系統(tǒng)均配套專用的 CellPathfinder 高內(nèi)涵分析軟件，內(nèi)置覆蓋各類應(yīng)用場景的預(yù)設(shè)分析菜單，同時支持靈活的協(xié)議編輯，無論是入門使用者還是資深研究者，都能快速完成海量圖像數(shù)據(jù)的處理與參數(shù)提取。軟件搭載的機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)模塊，可通過學(xué)習(xí)樣本特征實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精準(zhǔn)識別，尤其適配 3D 細(xì)胞球、類器官、組織切片等復(fù)雜樣本的分析，有效提升復(fù)雜場景下的參數(shù)提取準(zhǔn)確性。所有統(tǒng)計圖表均與原始圖像直接關(guān)聯(lián)，可從數(shù)據(jù)點(diǎn)直接回溯至對應(yīng)的原始圖像，完成結(jié)果的驗(yàn)證與二次確認(rèn)，避免分析過程中的假陽性結(jié)果。針對無標(biāo)記分析的需求，軟件可通過數(shù)字相位對比度 DPC、CE 明場成像技術(shù)，從未染色的明場圖像中提取細(xì)胞形態(tài)與活性參數(shù)，消除熒光染色對細(xì)胞生理狀態(tài)的干擾與批次差異，為長時程活細(xì)胞信號通路分析提供更真實(shí)的原生數(shù)據(jù)。

細(xì)胞信號通路的研究，本質(zhì)上是對細(xì)胞生命活動邏輯的還原。從基礎(chǔ)機(jī)制研究中便捷易用的臺式系統(tǒng)，到適配復(fù)雜生物模型的高性能分析平臺，再到藥物研發(fā)場景中全自動化的高通量篩選體系，完整的技術(shù)解決方案，讓研究者可以突破傳統(tǒng)技術(shù)的限制，從靜態(tài)終點(diǎn)檢測走向動態(tài)全程追蹤，從 2D 單層細(xì)胞分析走向 3D 生理模型解析，從單靶點(diǎn)驗(yàn)證走向多維度網(wǎng)絡(luò)解碼。多參數(shù)分析體系的建立，不僅能讓我們更清晰地看清細(xì)胞信號通路的調(diào)控全貌，更能為疾病機(jī)制解析、新藥靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與藥物療效評估，提供更堅實(shí)、更全面的技術(shù)支撐。