マルチビームArray Tomographyを用いたボリュームEM
ボリュームEMのテクニック

マルチビームArray Tomography

大容量の超微細構造データを処理する高スループット

  • 超微細構造の詳細を超高速取得
  • 他のテクノロジーでは不可能な試料サイズに対応
  • 従来では得られなかった定量的重要性を持つ統計的特徴

マルチビームArray Tomographyを用いたボリュームEM

Array Tomography(AT)では、連続切片をSEMでイメージングし、その後デジタルで再構成して3Dデータを作成します。マルチビームSEM(ZEISS MultiSEM)では、最大91の電子ビームを組み合わせて画像取得を大きく加速させます。マルチビームATは、1立方ミリメートルを超える体積をナノメーターレベルの分解能でイメージングできるため、コネクトミクス等の分野に最適です。マルチビームATは、マウスの脳全体など、巨大な神経回路網のマッピングにも使用できます。

典型的なワークフローの略図

マルチビームArray Tomographyにおける試料調製

1

樹脂包埋試料は切断して連続する切片の列にします。各切片の厚さは通常30~70 nmで、切断した順で切片は試料キャリアに付着させます。

マルチビームArray Tomographyによる画像取得

2

連続する各切片は、マルチビーム走査型電子顕微鏡(ZEISS MultiSEM)でそれぞれイメージングされます。

セグメンテーションの処理

3

取得した電子顕微鏡画像は処理され、デジタルで3Dデータセットに調整されます。細胞コンパートメントは特定し、セグメント化することができます。

3Dビジュアライゼーション解析

4

セグメント化された3Dデータセットは、視覚化および調査を行い、統計的に分析することができます。

アプリケーション例

脳組織におけるニューロンの接続性を大きなスケールで理解する

従来では得られなかった定量的重要性を持つ、神経結合の統計的特徴

脳は、数百万の神経結合とシグナル伝達経路を有する複雑な器官です。脳組織の構造と機能との関係を理解することは、複雑な神経回路網の解明だけでなく、長期的には一部の疾患に対する医療介入による治療にも役立ちます。

脳内の神経結合を調べるためには、大規模・高分解能イメージングが有用です。小さな脳の試料では、全体の3Dデータを取得するのにかなりの時間がかかりますが、正しいテクノロジーを使えば実現可能です。ZEISS MultiSEMでは、複数の電子ビームを並用することで、かつてない速度での画像データ取得とともに、マウスにおける脳全体のイメージングも可能となります。

下の画像は、ZEISS MultiSEM 505を用いて61の電子ビームでイメージングした、マウスの脳における同様の切片に関するさまざまな倍率の画像です。試料ご提供:J. Lichtman, Harvard University, USA

高コントラスト染色プロトコルに基づき作製し、ATUMtome(切片をテープに回収するウルトラミクロトーム)で切断した30 nm厚の脳切片から、4 nmピクセルサイズ、6.5分で取得した画像を合成した1平方ミリメートルのモザイク画像。
高コントラスト染色プロトコルに基づき作製し、ATUMtome(切片をテープに回収するウルトラミクロトーム)で切断した30 nm厚の脳切片から、4 nmピクセルサイズ、6.5分で取得した画像を合成した1平方ミリメートルのモザイク画像。

高コントラスト染色プロトコルに基づき作製し、ATUMtome(切片をテープに回収するウルトラミクロトーム)で切断した30 nm厚の脳切片から、4 nmピクセルサイズ、6.5分で取得した画像を合成した1平方ミリメートルのモザイク画像。

既存のデータから抽出された7つのmFoVの代表的なデータを用いて、個別の六角形のマルチビーム視野(mFoV)をまとめました。
既存のデータから抽出された7つのmFoVの代表的なデータを用いて、個別の六角形のマルチビーム視野(mFoV)をまとめました。

既存のデータから抽出された7つのmFoVの代表的なデータを用いて、個別の六角形のマルチビーム視野(mFoV)をまとめました。

既存のデータから抽出された7つのmFoVの代表的なデータを用いて、個別の六角形のマルチビーム視野(mFoV)をまとめました。

61の電子ビームにより並行で取得した61枚の画像タイルからなる単独mFoVの例。左から右に100 µm以上をカバーし、取得まで通常、わずか数秒です。
61の電子ビームにより並行で取得した61枚の画像タイルからなる単独mFoVの例。左から右に100 µm以上をカバーし、取得まで通常、わずか数秒です。

61の電子ビームにより並行で取得した61枚の画像タイルからなる単独mFoVの例。左から右に100 µm以上をカバーし、取得まで通常、わずか数秒です。

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