Array Tomography的应用Courtesy of D. Sherrier, J. Caplan, and S. Modla, University of Delaware, USA
Courtesy of D. Sherrier, J. Caplan, and S. Modla, University of Delaware, USA
概览

Array Tomography的应用

探索案例,激发灵感

Array Tomography(序列切片成像,AT)是一种能够生成纳米级分辨率三维数据集的有效方法。样品被切成数百个单独的切片,并使用扫描电子显微镜对每个切片进行高分辨率成像。

作为一种无损方法,样品薄片保留在成像基材上,随后可以使用其他方法(例如荧光显微技术或其他分析方法)展开深入研究。

这种体电镜(vEM)方法不需要特定设备,可广泛应用于任何拥有标配扫描电子显微镜(SEM)和超薄切片机的实验室。如以下案例所示,序列切片成像的这些特性使其成为探索多种样品(如细胞、组织和植物等)的有效方法。

了解脑组织中的连接

探索数百万个神经连接,充分了解大脑中的信号传递路径。

使用序列切片成像拍摄的猴脑概览图。

使用序列切片成像拍摄的猴脑概览图。

大脑是一个复杂的器官,有数以百万计的神经元连接和信号传递路径。了解神经组织的结构与功能之间的关系,有助于我们揭示大脑的复杂性,从而深入了解大脑的运作方式;长远来看,还可探索如何通过医疗手段治疗大脑功能障碍。

扫描电子显微镜拍摄的猴脑高分辨率图像。

扫描电子显微镜拍摄的猴脑高分辨率图像。

想要探索数百万个神经连接,就需要使用高分辨率的三维成像方法。对于小型的大脑样品,采集完整三维数据集非常耗时,但也可以实现。然而,当组织尺寸显着增加时(如小鼠大脑或猴子大脑),就需要扩展成像范围,以便在实际可行的时间范围内生成高分辨率的三维数据集。序列切片成像便可实现这一需求。

使用序列切片成像拍摄的猴子脑血管。

使用序列切片成像拍摄的猴子脑血管。

作为一种硬件/软件工具,蔡司Atlas 5 Array Tomography可自动对基材上的连续切片进行纳米级分辨率的成像。这种别具一格的工作流易于使用,专为自动成像设计,善于实现大量数据的三维可视化,这对了解脑组织的大量连接至关重要。

自动拍摄的猴脑样品的大图,显示大脑血管。图像使用Atlas 5 Array Tomography采集。观察视野:3700 mm。

1000多幅图像拼接而成的猴脑大图。每个图块的像素为4096 x 4096,像素尺寸为150 nm。

这些图块自动拼接并计算出一个具有大观察视野的猴脑图像。

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

使用Atlas 5 Array Tomography中的计算机辅助工具,您可在数百个连续切片上不受限制地定义任何形状的感兴趣区域。这对于拍摄猴脑或鼠脑中的神经元连接等实验大有裨益。

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

该图像是一张显示固定在基材上的小鼠大脑超薄切片的扫描电子显微镜大图。图像使用协助自动采集的Atlas 5 Array Tomography获得。

在这张图中可识别出亚细胞细节(如细胞核和线粒体),进行三维重构时可显示出不同神经元之间的连接。

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

该图像显示了一系列固定在胶带上准备成像的大脑切片。Atlas 5 Array Tomography识别出每个小脑切片,以便后续使用高分辨率扫描电子显微镜采集图像,每个切片的全部有用信息都保存在软件平台中。

小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

该视频演示了使用Atlas 5 Array Tomography简化序列切片成像工作流的非凡价值。在视频中,您可以看到如何采集每个切片的高分辨率数据并最终组合生成三维数据集。

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片
小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。
小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

要使用高分辨率扫描电子显微镜采集视神经图像,需对单个切片进行成像,然后进行重构。使用Array Tomography可自动定位这些切片然后成像,确保图像采集过程快速而简洁。 

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片

小鼠大脑超薄切片
小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。
小鼠大脑超薄切片。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

该图像显示了固定在晶片上、等待使用Atlas 5软件成像的单个视神经切片。

使用序列切片成像对小鼠视神经进行成像。样品由美国哈佛大学的J. Lichtman提供。

当使用Array Tomography对大脑进行成像,您需要对数百甚至数千个切片进行定位和成像。而手动逐个识别切片耗时费力。Atlas 5自动快速地识别每个切片,确保随后快速高效地开始成像,并且每个切片的所有高分辨率信息都被记录在软件中。

洞察根瘤中的细菌对植物健康和状态的影响

使用Correlative Array Tomography(关联序列切片成像,CAT)叠加荧光与结构数据来观察根瘤和细菌分布。

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布。由美国特拉华大学的D. Sherrier、J. Caplan和S. Modla提供。

根瘤,显示原生质丝分布。由美国特拉华大学的D. Sherrier、J. Caplan和S. Modla提供。

植物的根系网是植物获取水分和养分的途径,而水分和养分是所有植物生长的关键成分。为了促进植物健康成长并提升产量,探索整个根系网并了解外部微生物的影响至关重要。

为了研究植物与根瘤中细菌之间的共生关系,必须了解根瘤和细菌的分布,而荧光和高分辨率结构组合评估对于详细了解这一点尤为重要。

Correlative Array Tomography能够叠加荧光和结构数据,从而实现根瘤和细菌分布的可视化。

高分辨率的结构信息与精准的荧光信息相结合是深入了解根瘤中细菌如何影响植物状况的关键。

根瘤,显示原生质丝分布。由美国特拉华大学的D. Sherrier、J. Caplan和S. Modla提供。

这些图像或为显示原生质丝分布的根瘤连续切片的三维重构,或为荧光数据的单个切片。序列图像可与扫描电子显微镜数据叠加,以研究细菌感染和原生质丝分布之间的关系。

样品包埋在Epon中并使用超薄切片机切割。通过机械手将连续切片转移到带有ITO涂层的盖玻片上。使用荧光增白剂Calcofluor White(蓝色)对细胞壁进行染色,使用Alexa Fluor 647对原生质丝中的胼胝质进行染色。对样品进行后染色以便在扫描电子显微镜中成像。

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布
根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布
根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布
根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布
根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布
根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

根瘤,显示原生质丝分布

如何设置序列切片成像采集

该视频展示了蔡司Atlas 5 Array Tomography生成具有荧光和扫描电子显微镜数据的关联数据集的工作流程。视频中以酵母样品为例演示了相应的配置方法。

视频中所显示的酵母样品包埋在Epon中并使用超薄切片机切割。通过机械手将连续切片转移到带有ITO涂层的盖玻片上。样品首先用光学显微镜成像,然后进行后染色以便在扫描电子显微镜中成像。

由美国特拉华大学的D. Sherrier、J. Caplan和S. Modla提供。
 

了解亨廷顿病的生物学特性和进展

使用Correlative Array Tomography(CAT),对巨噬细胞中蛋白斑块的形成实现可视化。

具有由突变的亨廷顿蛋白聚集所致蛋白斑块的巨噬细胞

具有由突变的亨廷顿蛋白聚集所致蛋白斑块的巨噬细胞

具有由突变的亨廷顿蛋白聚集所致蛋白斑块的巨噬细胞

具有由突变的亨廷顿蛋白聚集所致蛋白斑块的巨噬细胞。该图像是从一个切片获取的荧光数据集,其显示了巨噬细胞中的蛋白斑块。DNA:蓝色(DAPI),亨廷顿蛋白:红色(Alexa Fluor 647)。由美国特拉华大学的Jeff Caplan提供。

具有由突变的亨廷顿蛋白聚集所致蛋白斑块的巨噬细胞。该图像是从一个切片获取的荧光数据集,其显示了巨噬细胞中的蛋白斑块。DNA:蓝色(DAPI),亨廷顿蛋白:红色(Alexa Fluor 647)。由美国特拉华大学的Jeff Caplan提供。

亨廷顿病是一种无法治愈的进行性神经退行性疾病,由编码亨廷顿蛋白的第4号染色体上的缺陷基因所致。缺陷基因导致突变的亨廷顿蛋白形成,这种蛋白会错误折叠并聚集,在大脑中发育成蛋白斑块。大脑中的这种损伤会引起运动、行为、思维和情绪障碍。
 

亨廷顿蛋白的过表达导致在Z轴序列图像中蛋白聚集清晰可见

亨廷顿蛋白的过表达导致在Z轴序列图像中蛋白聚集清晰可见

亨廷顿蛋白的过表达导致在Z轴序列图像中蛋白聚集清晰可见

亨廷顿蛋白的过表达导致在Z轴序列图像中可清晰看到蛋白聚集。使用针对GFP亨廷顿蛋白的抗体来定位细胞中的亨廷顿蛋白斑块(Alexa Fluor 647,红色),细胞核以蓝色显示(Hoechst)。光学显微镜z轴序列图像与扫描电子显微镜z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置。由美国特拉华州立大学的J. Caplan、E. Kmiec及S. Modla提供。

亨廷顿蛋白的过表达导致在Z轴序列图像中可清晰看到蛋白聚集。使用针对GFP亨廷顿蛋白的抗体来定位细胞中的亨廷顿蛋白斑块(Alexa Fluor 647,红色),细胞核以蓝色显示(Hoechst)。光学显微镜z轴序列图像与扫描电子显微镜z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置。由美国特拉华州立大学的J. Caplan、E. Kmiec及S. Modla提供。

对巨噬细胞中蛋白斑块的形成进行可视化(用于研究该疾病的模型系统)并了解这些与细胞超微结构细节的相关性,这对于了解亨廷顿病的生物学特性与进展至关重要。

Correlative Array Tomography为您提供了机会,助您探索巨噬细胞连续切片的超微结构信息及荧光数据。

光学显微镜Z轴序列图像与扫描电子显微镜Z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置

光学显微镜Z轴序列图像与扫描电子显微镜Z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置

光学显微镜Z轴序列图像与扫描电子显微镜Z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置

光学显微镜z轴序列图像与扫描电子显微镜z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置。由美国特拉华州立大学的J. Caplan、E. Kmiec及S. Modla提供。

光学显微镜z轴序列图像与扫描电子显微镜z轴序列图像的关联显示了三维空间中的亨廷顿斑块分布和细胞核位置。由美国特拉华州立大学的J. Caplan、E. Kmiec及S. Modla提供。

高分辨率的超微结构信息和荧光数据的关联对于深入理解亨廷顿病的生物学特性和进展至关重要。

左图所示为通过将表达亨廷顿蛋白的巨噬细胞的光学显微镜和扫描电子显微镜序列图像相结合,从蔡司ZEN Correlative Array Tomography实验中获得的三维信息示意图。

了解更多有关体电镜的信息

联系蔡司显微镜事业部

联系方式

正在加载表格...

/ 4
下一步:
  • 第1步
  • 第2步
  • 第3步
联系我们
必填信息
选填信息

如欲了解更多关于蔡司数据处理的信息,请参阅我们的数据隐私声明