药物研发

药物研发是一门重点关注体外、离体、在体潜在药物鉴定与临床前测试的跨学科领域，包括对药物药理学性质的初步测定以及对吸收、分布、代谢、消除和毒理学（ADMET）和研发过程中的其他相关安全因素的二次测定。过去几十年来，高通量筛选/成像通过为筛选大量候选化合物提供自动、高度量化的选择方案，已占据了药物研发测试的核心位置。此外，成像通过提供空间信息弥补基因组学、蛋白质组学和其他组学型方法。结合使用人工智能进行细胞表型分析等先进技术，基于光学显微镜的成像/筛选似乎准备成为药物研发过程中（甚至更重要和更可及）的一环。尼康致力于针对这些需求提供基于显微镜的产品解决方案。

药物研发产品

使用 OrganoPlate® 系统 (MIMETAS) 培养的血管生成模型的3D图像堆栈。

倒置显微镜系统

ECLIPSE Ti2-E / Ti2-LAPP：Ti2-E倒置显微镜与Ti2-LAPP照明模块和其他硬件装置的同步操作，可获取复杂的多维图像。此外，Ti2-E还采用了完美对焦系统4（PFS4）焦点锁定系统，可提供高水平焦点稳定的长时间成像。

高内涵成像

BioPipeline LIVE / PLATE：尼康提供用于高通量和高内涵成像的BioPipeline LIVE和BioPipeline PLATE系统。两个系统均以ECLIPSE Ti2-E倒置显微镜为基础，配备一个机械臂，最多可对44个器皿进行自动交换和成像，包括孔板。此外，BioPipeline LIVE还配备了培养箱，用于基于活细胞成像的长时间检测。

共聚焦成像

AX / AX R：AX / AX R点扫描共聚焦系统能够在25 mm的宽视野范围内，提供分辨率最高为8192 x 8192像素的成像。AX R配备了一个高速成像的共振扫描仪（2048 x 512 像素，1024 x 512像素：30帧/秒），支持高通量筛选、活细胞成像等等。

CSU系列转盘共聚焦系统：横河公司生产的CSU-X1、CSU-W1和CSU-W1 SoRa转盘共聚焦系统均可配备BioPipeline PLATE和LIVE系统，为高内涵成像提供灵活且活细胞友好的共聚焦成像。

多光子成像

AX R MP：AX R MP是尼康公司最新的多光子系统，可通过1300 nm激发光产生高达1.4 mm的样本深度成像，是体内活体成像的理想选择。AX R MP可搭配两款专用正置显微镜机身支架——用于宽样本的立柱式支架和用于深样本的门式支架。

软件和AI

NIS-Elements软件：NIS-Elements是尼康公司的旗舰型集成软件解决方案，可用于显微镜操作、图像分析和可视化。NIS-Elements HC适用于高通量和高内涵成像。该软件可以集中管理热图、样本图像、二元掩膜、检测结果等，便于快速筛选和分析。此外，NIS.ai基于深度学习的软件模块可以合并利用人工智能（AI）进行分析，比如图像分割。

●: 包含, ⚬: 选配

基础系统 模块
ECLIPSE Ti2-E
倒置显微镜（宽场成像)		 AX R
共振共聚焦系统		 Ti2-LAPP
E-TIRF照明器		 AX R MP
多光子显微镜系统		 横河电机CSU-X1
转盘共聚焦扫描仪		 横河电机CSU-W1
转盘共聚焦扫描仪		 横河电机CSU-W1 SoRa
转盘式超分辨率成像系统
相对成像深度极限 ~ 5 μm
~ 15 – 25 μm （配合反卷积）		 ~ 100 – 500 μm ~ 100 – 300 nm ~ 500 μm – 1.5 mm ~ 50 μm ~ 50 – 100 μm ~ 50 – 100 μm
支持视频速率成像 ●*1 ●*2 ●*1 ●*2 ●*3 ●*3 ●*3
视野 25 mm
对角线（圆形）		 25 mm
对角线（正方形）		 ~ 10 mm
对角线（圆形）		 22 mm
对角线（正方形）		 10 x 7 mm
（长方形）		 17 x 16 mm
（长方形）		 17 x 16 mm
（长方形）

*1 受相机系统限制
*2 512×512下扫描成像速率为30 FPS
*3 受相机系统和转盘转速限制

相关文献

关于药物研发

DNA（蓝色；DAPI）、黏连蛋白（绿色；杯状细胞产生）和生长激素抑制素（红色；肠内分泌细胞产生）染色的肠道类器官，使用点扫描共聚焦显微镜成像。

选择适合药物研发模型的显微镜系统

药物研发模型系统含有几乎所有可能性，从体外贴壁培养细胞到完整的模式生物乃至其间的一切。复杂3D细胞培养模型，如细胞球、类器官和器官芯片可由多种细胞类型组成，从而更好地重现传统贴壁培养细胞中丢失的各种生理特征，这是高通量筛选的传统标准。此外，为开发精准药物，甚至还可从患者衍生的自体细胞中培养类器官。

宽场荧光成像是一种适合相对扁平样本（如多孔板中培养的贴壁细胞）的技术选择，也是高通量筛选的传统标准。宽场荧光成像速度快、灵敏、性价比高，但不提供纯光学切片——对较厚3D标本中单一平面高效成像的能力。

形态较大的3D模型，如类器官和组织，可能需要具有光学切片能力的成像技术捕捉关注特征而不被焦外模糊过分影响。共聚焦显微技术是此类应用的标准，尼康提供的AX / AX R共聚焦显微镜是可配置在BioPipeline LIVE和BioPipeline Plate系统上的点扫描系统，可用于对各种样本中深达数百微米的独立光学切片成像。

虽然是一种适合深度光学切片的技术选择，共聚焦成像也有力不从心的时候。在厚且散射严重的组织面前，体内成像往往必须采用多光子成像技术，如尼康AX R MP多光子共聚焦显微镜，其利用近红外到红外光的多光子激发最大程度减小焦点外的激发和散射。

容积对比
相差

面向细胞分析的定量相位成像

作为搭建BioPipeline LIVE和BioPipeline PLATE系统的基础平台，尼康Ti2-E倒置显微镜可通过尼康容积对比技术实现定量相位成像，只需较小的明场Z stack成像（小到每个stack仅三张图像）即可创建相位分布图像。在得到的相位分布图像上光程差最大的部位（即细胞中间）对细胞培养进行成像时，亮度最高。这非常有利于用阈值法和其他方法进行细胞分割。

和其他透射照明成像技术（如相差）不同，容积对比不受光线弯曲效应影响（因单个孔直径较小，该效应在孔板中可能十分明显）。右图比较了相差技术和容积对比技术面对光线弯曲效应时的表现。

更多信息请参见详细描述无标记细胞增殖实验中应用容积对比技术的最新 应用笔记 ，这是药物研发中常见的一种分析实验。

Segment.ai
原始图像

传统的强度阈值方法无法识别相差图像的神经突起结构。Segment.ai利用人工追踪神经突起训练后，可以在后续的图像内实现自动追踪。

人工智能助力药物研发

基于图像的实验的最大优势之一是信息含量丰富。但直至不久前，能够实际利用的此类信息依旧寥寥无几。不过，基于人工智能（AI）的新方法，特别是利用人工神经网络（ANN）的深度学习（DL）方法能够推断图像特征之间的深层关联性并用于表征细胞形态和表型。这种分析手段被称为“细胞表型分析”或“基于图像的表型分析”，其所代表的领域发展可谓十分活跃。

除了表型分析之外，还可运用深度学习以其他方式加快并强化图像分析。尼康致力于在NIS.ai的加持下设计可靠的基于深度学习的图像分析工具， 即一系列可供NIS-Elements软件使用的软件模块。例如，Segment.ai模块经过训练后，可自动分割传统方法难以分离的棘手图像特征。

Convert.ai是另一个在药物研发工作方面有潜在应用价值的NIS.ai模块，该模块经过训练后，能仅以一个明场通道或一个透射照明通道作为参考，预测另一个荧光通道的图像特征，从而减小细胞毒性（来自荧光标记）和光毒性（来自荧光成像使用的高强度光线）。同样，Enhance.ai模块经过训练后，可预测更高信噪比的图像数据，从而降低照明强度，进而减小光毒性。

较大模型系统（如类器官）的高通量宽场荧光成像可从尼康的Clarify.ai模块中受益，经过预训练后，该模块能自动消除宽场荧光显微图像中的模糊数据。用户无需共聚焦系统即可受益于宽场荧光成像的速度，实现增强的光学切片效果。

尼康合同研究业务一瞥。

面向临床前药物研发的尼康合同成像业务

尼康生物成像实验室为当地生物科技和研究团体提供合同研究服务，也可为不在当地的客户提供远程服务。设在美国马萨诸塞州剑桥、荷兰莱顿和日本藤泽的尼康生物成像实验室具有丰富的经验，他们与生物制药研究领域的客户密切协作，对目前用于药物研发的类器官和其他3D细胞培养系统（包括各种商业器官芯片）进行共聚焦显微成像。

尼康生物成像实验室不仅能够完成数据采集，其业务范围还拓展到实验设计、实验开发、实验验证、细胞培养、样本制备和数据分析。如欲了解尼康生物成像实验室更多的服务内容，请随时联系我们以获得免费咨询。

相关解决方案

高通量成像

类器官和器官芯片成像

再生医学

词汇表

支持的成像模式
指每种系统提供的各种显微成像技术。需要指出的是，在使用ECLIPSE Ti2-E倒置显微镜作为此表所列系统的配置基础上，其支持的几乎所有成像模式均可实现。
支持视频速率成像
“视频速率”的传统定义是30帧/秒（FPS）左右。最佳成像速率视具体应用可能比30 FPS快，也可能比30 FPS慢。EM-CCD相机的典型成像速率可达到60 FPS（全幅），sCMOS相机则可达到40-100 FPS（全幅）。
相对成像深度极限
表示指定系统在保证图像的光切质量和信噪比的前提下，成像的近似Z（轴）深度范围。该值可能相差很大，且与标本和容器的光学特性以及荧光标记情况密切相关。
药物研发
药物研发是一门重点关注体外、离体、在体潜在药物鉴定与临床前测试的跨学科领域，包括对药物药理学性质的初步测定以及对吸收、分布、代谢、消除和毒理学（ADMET）和研发过程中的其他相关安全因素的二次测定。
视野
视野系统的视野（也称视场数）定义为标称1X放大倍率下成像区域的直径。