ZEISS Lattice SIM 5
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ZEISS Lattice SIM 5

あらゆる空間次元で均一な超分解能により、生命の躍動するサブオルガネラネットワークの観察を実現

ZEISS Lattice SIM 5は、細胞内構造とそのダイナミクスを把握するために最適化されてきました。Lattice SIM技術やSIM²画像再構成アルゴリズムによって強化されたZEISS Lattice SIM 5haは、生体細胞および個体細胞のいずれに対しても、60 nmにまで及ぶ著しい超分解能性能を提供します。さらに、SIM Apotomeイメージングモードと低倍率対物レンズを選択することで、超分解能の詳細へズームする前に試料の迅速なオーバービュー画像を取得できます。

  • ダイナミックなプロセスと微細な細胞内構造を把握
  • 生体試料の要件に応じて最適化
  • 信頼性のある、さらに多くの実験結果を獲得する

ダイナミックなプロセスと微細な細胞内構造を把握

ZEISS Lattice SIM照明パターンとSIM²画像再構成アルゴリズムが装備され、ZEISS Lattice SIM 5では構造化された照明顕微鏡(SIM)が新たなレベルへと引き上げられています。生体標本を保護するために光露出を抑えた場合でも、常に考えうる最高の結果を達成することでしょう。従来のSIM分解能の2倍の性能を持ち、60 nmの間隔もない細胞内構造をも識別します。光効率を持ったLattece SIM技術は、生体および固体標本について極めて穏やかなイメージングを提供し、従来のSIMと比較して2倍の空間分解能だけでなく、最大255 fpsの一時的な高分解能を実現します。

キャプション:LifeAct-tdTomatoを発現するU2OS細胞中のアクチン動態を、Lattice SIM 3Dリープモードと少ない相でイメージング。対物レンズ:Plan-Apochromat 63× / 1.4 油浸

生体標本の需要に合わせて最適化

ZEISS Lattice SIM 5の柔軟性により、分解能およびスピードの優先付け、または両者間の適切なバランスを見つけることによって実験の要件にバランスを与えることができるようになります。光子予算を使用して横方向の分解能を100 nm以下に高めるか、必要とされる生画像の数を減らして獲得速度や低ダメージ性を高めます。ZEISS Lattice SIM 5には、生画像を削減するための多くのオプションがあり、ご希望の空間解像度と時間解像度に最適な撮影設定を選択できます。

キャプション:Cos-7細胞における小胞体のタイムラプス撮影により、極めて動的な構造変化が明らかになります。試料提供:Miyawaki Lab, Riken Institute, Japan

微小管(抗チューブリンAlexa Fluor 488、シアン)とアクチン(ファロイジンAlexa Fluor 561、オレンジ)で染色されたCos-7細胞

信頼性のある、さらに多くの実験結果を獲得する

微小管(抗チューブリンAlexa Fluor 488、シアン)とアクチン(ファロイジンAlexa Fluor 561、オレンジ)で染色されたCos-7細胞

微小管(抗チューブリンAlexa Fluor 488、シアン)とアクチン(ファロイジンAlexa Fluor 561、オレンジ)で染色されたCos-7細胞

信頼性のある、さらに多くの実験結果を獲得する

ZEISS Lattice SIM 5には焦点外の光を抑制する機能があり、活発に動く試料であっても、ワイドフィールド顕微鏡内の鮮明なセクショニングが可能です。SIM²の画像再構成では、特殊なSIMポイントの拡散機能を利用して、生体試料に対しても固定された試料に対しても、最小の画像アーチファクトを用いて得られるZEISS Lattice SIM 5の構造化照明をベースとするすべての獲得データを確実に再構成します。実験の結論が、強力な実証されたアルゴリズムから生成される再現可能なデータに基づいていることを確認してください。

キャプション:微小管(抗チューブリンAlexa Fluor 488、シアン)とアクチン(ファロイジンAlexa Fluor 561、オレンジ)で染色されたCos-7細胞

ZEISS Lattice SIM 5の背後にあるテクノロジー

Widefield Lattice SIM
Widefield Lattice SIM
アクチン(ファロイジンAlexa Fluor 568、マゼンタ)、微小管(抗チューブリンAlexa Fluor 488、黄色)および核(Hoechst、青)で染色されたCos-7細胞のワイドフィールドSIM画像とLattice SIM画像の比較。対物レンズ:Plan-Apochromat 63× / 1.4 油浸

Lattice SIM

Lattice 3Dライブイメージングのための超分解能技術

Lattice SIMでは、試料への照射が、従来のSIMのようなグリッド線に代わって、格子スポットパターンで行われます。元々、2次元性を本性とするため、格子パターンは並進再配置するだけでよく、回転の必要がありません。これによりイメージング速度が劇的に向上します。また、格子照射により、高いコントラストと正確な画像再構築が実現します。Lattice SIMは、試料効率が従来のSIMの2倍であるため、必要な光照射量が半分となり、ライブセルイメージング技術として注目されています。

ワイドフィールドイメージング

画像の分解能は、回折限界のために物理的に制限されています。また、画質が焦点外のかすみのような状態となり、バックグラウンド信号から煩わしい影響を受けます。

Classic SIMイメージング

高周波数を生成するため、試料はグリッドパターンで照射され、このパターンの回転および並進の異なる位置で画像化されます。処理された画像は、3次元のすべてで2倍の分解能を持っています。

Lattice SIMイメージング

試料はグリッド線に代わって、格子スポットパターンで照射されます。従来のSIMと比較して、試料効率は2倍速くなっています。格子パターンはより大きなコントラストを与え、処理に対してより強固になっています。

再構成画像

画像取得後には、結果として生成される超分解能画像が計算されています。Lattice SIMでは、少ない漂白でより長くイメージングし、画質をより高度なフレーム率で維持することができます。

Cos7細胞のAlexa fluor 488 で染色されたαチューブリンデータを、一般的なウィーナーフィルターを使用した従来のSIMアルゴリズムと、新しいSIM²再構成で処理。画像から、SIMと比較してSIM²の分解能が改善していることが分かる。対物レンズ:Plan-Apochromat 63x/1.4 油浸

SIM²画像の再構成

従来のSIMと比べて2倍の分解能

SIM²は、構造化照明顕微鏡(SIM)データの画像分解能およびセクショニング精度を改善する斬新で画期的な画像再構成アルゴリズムです。SIM²は、すべてのSIMイメージングモードと互換性があり、完全にZEISS ZENソフトウェアに組み込まれています。

従来の再構築アルゴリズムとは異なり、SIM²は2段階の再構築アルゴリズムとなっています。はじめに、順序の組み合わせ、脱ノイズ化、周波数抑圧フィルタリングが行われます。デジタル画像操作から生じるすべてのエフェクトが、デジタルSIM点像分布関数(PSF)に変換されます。続く反復デコンボリューションが、このPSFを使用します。ハードウェアをベースとする顕微鏡データのデコンボリューションのために実験的なPSFを使用するメリットに似て、 SIM²アルゴリズムは、分解能、セクショニング、堅固さの点で、従来のワンステップ型画像再構成方法より優れています。

Widefield SIM Apotome
Widefield SIM Apotome
アクチン(ファロイジンAlexa Fluor 647、レッド)、微小管(抗チューブリンAlexa Fluor 488、グリーン)および核(Hoechst、ブルー)で染色されたU2OS細胞のワイドフィールド画像とSIM² Apotome シングル平面画像の比較。対物レンズ:LD LCI Plan-Apochromat 25x / 0.8 Imm Corr

SIM Apotome

用途に合わせた光学セクショニング

SIM Apotome獲得モードを選択し、超分解能による詳細画像へズームする前に、高速のオーバービュー画像を獲得してください。SIM Apotomeは、構造化照明を使用して、あらゆる寸法で鮮明なコントラストと高分解能を実現する大容量の高速光学セクショニングを提供します。

SIM Apotomeは、SIM²再構成アルゴリズムと組み合わせることで、高いコントラストと分解能により、高速ライブセルイメージングの低ダメージ用調整が可能です。あるいは、新しい光学セクショニングスピードを利用して、さまざまな倍率で大きな試料エリアや大容量を獲得する際の生産性を向上させることができます。

SIMイメージングをさらに高速化する

加速モードを使用することで、2D・3Dイメージングの時間分解能や生産性を向上させます。

Rab5-mEmerald(緑)とtdTomato標識ゴルジ体輸送マーカー(マゼンタ)を発現するU2OS細胞。1024 x 1024ピクセル(64 µm x 64 µm)のFOVに対して、1.5 ms/フェーズの露光時間により同時2色カラーを獲得します。対物レンズ:Plan-Apochromat 63× / 1.4 油浸

2Dバーストモード

一時的な全情報を取得

バーストモード処理では、ローリングウィンドウアプローチにより生体試料のプロセスを最大255 fpsで観察できます。またバーストモードは獲得後のステップであるため、取得済みのデータセットによってそれを使用する柔軟性が取得できます。データ分析にどれほどの時間分解能が必要になるかを、自分で決定することができます。

小胞体を可視化するためのカルレティキュリン-tdTomatoを発現するU2OS細胞。ボリュームデータセットの最大値投影像のタイムラプスイメージング。対物レンズ:Plan-Apochromat 63× / 1.4 油浸

3Dリープモード

新たなレベルのデジタルセクショニング

3Dの高速イメージングという困難な課題に関しては、リープモードを得ることができれば、イメージング時間を短縮して、試料に対する光露出を減らすことができます。これは、3面毎に1面だけをイメージングし、3倍の高速で大容量イメージングして、3倍少ない光露出を用いるやり方によって実現します。

同時2色イメージング

生細胞の研究では、さまざまなタンパク質や細胞小器官の相互作用に注目することがよくあります。そういったダイナミックなプロセスを深く理解するには、各構造の同時イメージングが欠かせません。ZEISS Lattice SIM 5は2台のカメラを平行に設置し、全体のビューフィールド内で、真に同時2色イメージングを行うことができます。

費用対効果の高い形で優れたパフォーマンスを発揮するには、ZEISS Axiocam 820 monoカメラをお選びください。これは、86%の量子効率をピークとする裏面入射型のCMOSセンサーを特徴としています。このカメラは、生体試料または固定試料における微弱な蛍光シグナルをイメージングする際の完璧な選択となることでしょう。
ZEISS Axiocam 820 mono​
ZEISS Axiocam 820 mono
傑出した性能を持つものとして、Hamamatsu ORCA-Fusion BTカメラを選択してください。このカメラは、最大95%のピーク量子効率を可能とする背面薄型投射スキャナーを装備した科学的CMOS(sCMOS)を特長としています。その高速画像取得および1msに及ぶ露光時間により、このカメラは他に類を見ないデジタルイメージング結果を生み出します。
Hamamatsu ORCA-Fusion BT
Hamamatsu ORCA-Fusion BT

アプリケーション例

ZEISS Lattice SIM 5をアクション状態でご覧ください

  • TOMM20-mEmerald(シアン)とEB3-tdTomato(オレンジ)を発現するCOS-7細胞は、ミトコンドリアおよび微小管の動きを示します。Lattice SIMによるイメージング。対物レンズ:Plan-Apochromat 63× / 1.4 油浸
  • 相を減らしたLattice SIM²によりイメージングされたLifeAct-tdTomatoを発現するU2OS細胞のアクチン動態。対物レンズ:Plan-Apochromat 63x/1.4 油浸
  • SIM Apotome 3Dリープモードと少なくした相でイメージジングしたLifeAct-GFPを発現するU2OS細胞中のアクチン動態。対物レンズ:Plan-Apochromat 40x /1.4 油浸

速度と分解能に対する必要性のバランスを取る

イメージングの高速化と光露出の減少は、イメージング実験の中で常に求められるものです。Lattice SIM構造化照明パターンが健全で柔軟であることに加え、画像再構成ソフトウェアがあることによって、画像がLattice SIM獲得モードのために必要とした位相数を大幅に削減することが可能となります。また重要なことに、これだけが原因となって、最後の画像の分解能がわずかに減ることになります。Lattice SIMによる獲得が、1フレーム当たり13位相画像に代わって9位相画像で操作できるようになり、イメージング速度も44%増加します。この増加速度は特に、極めて動的なライブ細胞の低ダメージなイメージングを実現する際に有益です。そこでは獲得速度がゆっくりになると、モーションブラーや分解能の削減が引き起こされます。

リープモードと組み合わせると、最終フレームあたりの位相画像の数を減らして、低ダメージな超分解能イメージングを実現することができます。

マウスの小さな腸。SIM Apotome および Plan-Neofluar 10× / 0.3 Air で記録されたオーバービュー画像。Lattice SIM および Plan-Apochromat 63x/1.4 油浸で画像化された関心領域。試料提供:Prof. Shiue-Cheng (Tony) Tang, Institute of Biotechnology & Department of Medical Science, National Tsing Hua University, Taiwan

深部の隠れた細部を解明する

厚い試料で高品質セクショニングと超分解能を実現

Lattice SIM照明パターンでは、従来のSIMに比べてより高いコントラストとより深い試料への浸透が示されます。厚い試料や散らばった試料でも、高品質のセクショニングと並んで超分解能画像が得られます。

Tang教授およびそのチーム(Hsiao et al., Nature Communications 2023)によって開発された新しい除去および埋込技術を、健全なLattice SIM照明パターンおよび優れた画像再構成技術と組み合わせることで、最大200μmの厚さのマウスの内蔵部分全体を通してイメージングすることが可能となります。血管および神経のネットワークが、この深部でも細部に渡って可視化できます。

カルレティキュリン-tdTomato(小胞体、マゼンタ)と、Tomm20-mEmerald(ミトコンドリア、グリーン)を発現するCOS-7細胞が同時2色でイメージング。動画は小胞体とミトコンドリアのダイナミックな相互作用を示している。対物レンズ:Plan-Apochromat 63× / 1.4 油浸

生体の細部を観察する

時間空間を高分解能でライブイメージング

ZEISS Lattice SIM 5は、高速イメージングを卓越した光効率、少ない光子照射量、感受性を組み合わせることに成功しました。これにより、生体試料の細胞、細胞内部、さらには細胞小器官の構造を2D・3Dで経時的に観察できます。

ミトコンドリアは、細胞全体にATPを適切に配布するため、絶えず融合と分裂の繰り返しに耐えている極めてダイナミックな細胞小器官です。その仕事を行うため、ミトコンドリアは他の多くの細胞内部分と相互作用していることが知られています。そのような部分には、ミトコンドリアがその目的に達するためにそれらに向かって浮遊する微小管、あるいはミトコンドリアを包んで、その分裂前の直径をはじめに制限するERが含まれています。

ダウンロード

  • ZEISS Lattice SIM 5

    Your live imaging system for uniform super-resolution in all spatial dimensions

    ページ: 23
    ファイルサイズ: 5 MB
  • ZEISS Lattice SIM Family

    Full Access to Super-Resolution Imaging for all Research Areas

    ページ: 6
    ファイルサイズ: 3 MB

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