虽然药物研发领域的科研投入和科学性成果在过去几十年进展显著,但制药行业的有效产出不高却是不争的事实。目前越来越多的研究者将疾病或生物学相关的筛选方法和模型应用在药物开发的早期阶段以降低现有药物研发模式的高消耗率。体外细胞成像技术作为一种在细胞或组织水平进行高分辨率成像和精确定量分析的技术,在发现和鉴别药物靶点、新化合物实体(New Chemical Entities,NCEs)毒性筛选以及早期的毒性研究和安全性评价中广泛应用。药物靶点的发现和鉴别使用荧光显微镜或激光共聚焦扫描显微镜追踪在细胞水平表达的荧光蛋白(如绿色荧光蛋白,GFP),可以进行药物或配体与受体间相互作用的实时分析,其分辨率可以精确到200 nm。流式细胞术广泛应用于生物类药物相关的肿瘤相关细胞表面标志物的筛选。在G蛋白偶联受体(GPCR)类药物作用于靶受体后,可以使用细胞成像技术追踪和定量检测细胞质和内质网的Ca2+浓度变化动态,确定药物是否能引起细胞Ca2+过载的毒性作用。新化合物实体毒性筛选体外细胞成像技术在作用于GPCR类新化合物实体的高通量筛选(HTS)研究中应用广泛。使用荧光染料检测新化合物实体对稳定转染表达肾上腺素类,嘌呤类和神经激肽类受体的细胞的Ca2+浓度变化,细胞的电压依赖性离子通道(BK,Kir 3.x,hERG)开放以及膜电位的变化,可以进行新化合物实体的药效和毒性筛选试验。药物早期毒性研究和安全性评价在药物开发阶段采用体外细胞成像技术进行候选药物的体外吸收、分布、代谢、和排泄毒性(ADME)研究可以完善和补充药物后期的体内ADME毒性研究数据,并具有高效率和低成本的优势。基于细胞成像技术的体外微核试验目前在候选药物早期遗传毒性研究中得到逐渐应用。使用培养的哺乳动物细胞系进行体外微核试验,其快速高效低成本的优势可以作早期遗传毒性筛选,并为传统体内微核试验提供数据完善和补充。体外微核试验现在已经突破性地可以使用细胞成像技术进行高通量地定量计算微核形成率。细胞成像技术在新化合物实体毒性筛选以及候选药物早期毒性研究和安全性评价中的应用,可以实现对药物进行实时药物活性的动态分析和毒性研究,确立药物结构-通路的药物开发模式,淘汰具有潜在毒性的新化合物实体,减少资源消耗并加速药物研发的效率和进程。