高内涵 | “燎原”计划背后的细胞分析革命

高内涵成像

单一参数成像 vs 高内涵成像

传统的显微成像技术通常只能获取较为单一的参数信息，无法全面反映细胞的状态和功能，在处理复杂生物学问题时显得力不从心。随着显微技术和计算机视觉算法的快速发展，高内涵成像应运而生。这种技术能够大规模进行细胞成像，在单次实验中获取大量生物信息，其出现彻底改变了细胞的微观分析，催化了从手动观察量化到自动化定量的细胞生物学转变。

01什么是高内涵成像？

高内涵成像（High Content Imaging, HCI）技术起源于上世纪90年代初期，基于高通量筛选（High Throughput Screening, HTS）技术衍生而来。HCI技术融合了细胞生物学、光子学、实验室自动化和图像分析等不同学科的技术，能够大规模地采集和分析来自不同生物样本类型的显微图像。简而言之，高内涵成像是指自动化获取和分析生物样本显微图像的过程，其三大核心技术分别是光学显微技术、自动化和分析算法。

02高内涵成像工作流程

标准高内涵成像实验流程

高内涵成像工作流程可以归纳为以下几个步骤：

1、样品准备：细胞培养与样品处理。

2、图像采集：使用高灵敏度相机和高倍率物镜对样品进行成像，自动聚焦确保图像清晰，采集多通道、多视场细胞图像。

3、图像处理：对采集的图像进行去噪、背景校正和图像增强等预处理，增强细胞图像的清晰度和对比度。

4、数据分析：提取图像中的关键特征，利用机器学习算法对细胞进行识别、分割、定位、追踪，并生成定量数据进行统计分析。

5、结果呈现：将分析结果以图表形式直观呈现，生成详细的实验报告。

03高内涵成像核心优势

高内涵成像的核心特点包括高分辨率成像、自动化操作、多参数获取、智能化分析。其中自动化操作和智能化分析是高内涵成像赋能细胞高通量筛选的关键因素。

高内涵成像数据的可视化分析

高内涵系统集成自动化样品处理模块，可以实现样品的自动聚焦、扫描和图像采集。自动化成像操作不仅大幅提高了实验的效率，还确保了实验的可重复性和一致性，减少了人为误差。

利用机器学习和人工智能算法，高内涵成像可以自动识别和分类细胞，提取关键特征，并生成统计报告。易操作、以工作流引导式的高内涵智能化图像分析能够帮助科研人员快速获得实验结果，节省了大量的时间和精力，更加专注于科研过程。

04高内涵成像应用领域

高内涵成像的自动化成像和智能化分析的优势，使其被广泛应用于生物医学研究，以下为几个主要应用领域：

1、细胞生物学

高内涵成像可以精确观察和分析细胞的形态学特征、细胞周期、细胞凋亡、细胞迁移和侵袭等细胞生物学过程。

2、药理学研究

在药物研发过程中，高内涵成像可以快速评估药物对细胞的影响，包括细胞活力、形态变化、信号通路激活等，加速候选药物的筛选过程。

3、疾病诊断

在临床诊断中，高内涵成像可以用于病理切片的自动分析，帮助医生快速准确地判断疾病的类型和程度。通过多参数分析，可以全面评估细胞的异常变化，为疾病的早期诊断和个性化治疗提供重要的技术支持。

4、毒理学研究

高内涵成像可以评估化学物质对细胞的毒性作用，为环境安全和职业健康提供科学依据。

05高内涵市场玩家

据仪器信息网统计，从2022年中标金额来看，Revvity和Molecular Devices两家品牌占据大部分市场份额，在市场中占据绝对优势，其中标金额占比分别为41.56%和31.29%。其次是Thermo Fisher Scientific，凭借6.04%市场占有率排名第三，Olympus和Agilent则分别为第四、五名。此外，Nikon、ZEISS和Axion BioSystems等品牌也存在一定的竞争力。

高内涵主要市场玩家

在过去二十年中，高内涵成像取得了长足的进步，从最初由少数早期采用者在制药领域使用的应用相当有限的高通量自动化显微镜系统，发展到如今配备智能化分析软件的灵活成像平台，为细胞水平的研究带来了巨大的飞跃。未来，随着人工智能和大数据技术的不断发展，高内涵成像将更加智能化和高效化，为生命科学研究带来更多的可能性。