Microscopie électronique volumétrique avec Multibeam Array Tomography
Techniques de microscopie électronique volumétrique

Multibeam Array Tomography

Rendement à haut débit de grands volumes de données ultrastructurelles

  • Acquisition très rapide des détails ultrastructurels
  • Des tailles d'échantillons qui ne peuvent être capturées avec d'autres technologies
  • Caractéristiques statistiques dont la signification quantitative n'était pas atteignable auparavant

Microscopie électronique volumétrique avec Multibeam Array Tomography

Avec Array Tomography (AT), les coupes sériées sont imagées par MEB puis reconstruites numériquement pour créer un ensemble de données en 3D. Un MEB multifaisceaux (ZEISS MultiSEM) combine jusqu'à 91 faisceaux d'électrons, permettant d'accélérer considérablement l'acquisition des images. La tomographie de réseau multifaisceaux permet d'imager des volumes supérieurs à un millimètre cube avec une résolution de l'ordre du nanomètre, ce qui est idéal pour des domaines tels que la connectomique. La tomographie de réseau multifaisceaux pourrait même être utilisée pour la cartographie de vastes réseaux neuronaux, tels que le cerveau entier d'une souris.

Représentation schématique d'un flux de tâches typique

Préparation des échantillons Multibeam Array Tomography

1

Un échantillon enrobé de résine est découpé en un ensemble de coupes sériées, chacune d'une épaisseur de 30 à 70 nm, et fixé à un porte-échantillon dans l'ordre où les coupes ont été découpées.

Acquisition d'images Multibeam Array Tomography

2

Chaque coupe sériée est imagée dans le microscope électronique à balayage à faisceaux multiples (ZEISS MultiSEM).

Traitement de la segmentation

3

Les images acquises au microscope électronique sont traitées et alignées numériquement dans un ensemble de données 3D. Les compartiments cellulaires peuvent être identifiés et segmentés.

Analyse de la visualisation en 3D

4

L'ensemble des données 3D segmentées peut être visualisé, étudié et analysé statistiquement.

Exemples d'application

Comprendre la connectivité neuronale du tissu cérébral à plus grande échelle

Caractéristiques statistiques des connexions neuronales d'une importance quantitative inégalée jusqu'à présent

Le cerveau est un organe complexe qui compte des millions de connexions neuronales et de voies de signalisation. Appréhender la relation entre la structure et la fonction du tissu cérébral aidera à démêler les réseaux neuronaux complexes et, à long terme, à traiter certaines pathologies par des interventions médicales.

L'imagerie à grande échelle et à haute résolution permet d'explorer ces connexions neuronales dans le cerveau. Pour les petits spécimens de cerveau, le temps nécessaire à la capture d'un ensemble complet de données 3D est certes conséquent, mais réalisable en utilisant la bonne technologie. En utilisant plusieurs faisceaux d'électrons en parallèle, ZEISS MultiSEM permet d'acquérir des images à une vitesse sans précédent, rendant possible l'imagerie d'un cerveau entier d'une souris.

Les images ci-dessous montrent différents facteurs de zoom des mêmes coupes d'un cerveau de souris imagées avec le ZEISS MultiSEM 505 avec 61 faisceaux d'électrons. Échantillon avec l'aimable autorisation de J. Lichtman, Université d'Harvard, États-Unis.

Mosaïque assemblée d'un millimètre carré capturée à une taille de pixel de 4 nm en 6,5 minutes à partir d'une tranche de cerveau de 30 nm d'épaisseur, préparée avec un protocole de coloration à fort contraste et coupée avec un ATUMtome, à savoir un ultramicrotome qui recueille les coupes sur une bande.
Mosaïque assemblée d'un millimètre carré capturée à une taille de pixel de 4 nm en 6,5 minutes à partir d'une tranche de cerveau de 30 nm d'épaisseur, préparée avec un protocole de coloration à fort contraste et coupée avec un ATUMtome, à savoir un ultramicrotome qui recueille les coupes sur une bande.

Mosaïque assemblée d'un millimètre carré capturée à une taille de pixel de 4 nm en 6,5 minutes à partir d'une tranche de cerveau de 30 nm d'épaisseur, préparée avec un protocole de coloration à fort contraste et coupée avec un ATUMtome, à savoir un ultramicrotome qui recueille les coupes sur une bande.

Champs de vision multifaisceaux (mFoV) hexagonaux individuels assemblés à l'aide d'un ensemble exemplaire de sept mFoV tirés de l'ensemble de données précédent.
Champs de vision multifaisceaux (mFoV) hexagonaux individuels assemblés à l'aide d'un ensemble exemplaire de sept mFoV tirés de l'ensemble de données précédent.

Champs de vision multifaisceaux (mFoV) hexagonaux individuels assemblés à l'aide d'un ensemble exemplaire de sept mFoV tirés de l'ensemble de données précédent.

Champs de vision multifaisceaux (mFoV) hexagonaux individuels assemblés à l'aide d'un ensemble exemplaire de sept mFoV tirés de l'ensemble de données précédent.

Exemple d'un mFoV unique, composé de 61 sections d'images individuelles acquises avec 61 faisceaux d'électrons en parallèle, couvrant plus de 100 µm de gauche à droite, typiquement acquises en quelques secondes.
Exemple d'un mFoV unique, composé de 61 sections d'images individuelles acquises avec 61 faisceaux d'électrons en parallèle, couvrant plus de 100 µm de gauche à droite, typiquement acquises en quelques secondes.

Exemple d'un mFoV unique, composé de 61 sections d'images individuelles acquises avec 61 faisceaux d'électrons en parallèle, couvrant plus de 100 µm de gauche à droite, typiquement acquises en quelques secondes.

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