Name: מיקרו-בדיקה רדיומטרית תוך-רקמתית למדידת קרינה באתרה ברקמה חיה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: למד שיטה חישובית למדידת קרינה באתרה ברקמות חיות באמצעות מיקרו-בדיקות רדיומטריות. הטכניקה מאפשרת מדידות ספקטרליות מרחביות בחומרים עבים ומסייעת לחוקרים ללמוד על מערכות ביולוגיות בצורה מדויקת.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים לסאנז והידיניה על שהכיר לנו את עמיתיו של ד"ר יורגנסן ואת עבודתו. מחקר זה נתמך על ידי מענקים ממשרד המחקר הצבאי (מס' W911NF-10-0139), המשרד למחקר ימי (באמצעות פרס MURI מס' N00014-09-1-1053), ופרס NSF-INSPIRE NSF-1343158.

<ol><li>Williams, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+the+ocean%5BTitle%5D)+AND+%22Reports+on+Progress+in+Physics%22%5BJournal%5D)">Optical properties of the ocean.</a> Reports on Progress in Physics. 36 (12), 1567-1608 (2001).</li>
<li>Solonenko, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+reflectance+measurement+of+optical+properties%2C+blood+oxygenation+and+motexafin+lutetium+uptake+in+canine+large+bowels%2C+kidneys+and+prostates%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">In vivo reflectance measurement of optical properties, blood oxygenation and motexafin lutetium uptake in canine large bowels, kidneys and prostates.</a> Physics in Medicine & Biology. 47 (6), 857-873 (2002).</li>
<li>Vásquez-Elizondo, R. M., Enríquez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+absorption+in+coralline+algae+%28Rhodophyta%29%3A+A+morphological+and+functional+approach+to+understanding+species+distribution+in+a+coral+reef+lagoon%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Marine+Science%22%5BJournal%5D)">Light absorption in coralline algae (Rhodophyta): A morphological and functional approach to understanding species distribution in a coral reef lagoon.</a> Frontiers in Marine Science. 4, 393(2017).</li>
<li>Samatham, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+mutant+versus+wild-type+mouse+skin+measured+by+reflectance-mode+confocal+scanning+laser+microscopy+%28rCSLM%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Optical properties of mutant versus wild-type mouse skin measured by reflectance-mode confocal scanning laser microscopy (rCSLM).</a> Journal of Biomedical Optics. 13 (4), 041309(2008).</li>
<li>Dimofte, A., Finlay, J. C., Zhu, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+determination+of+the+absorption+and+scattering+properties+interstitially+in+turbid+media%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+%26+Biology%22%5BJournal%5D)">A method for determination of the absorption and scattering properties interstitially in turbid media.</a> Physics in Medicine & Biology. 50 (10), 2291-2311 (2005).</li>
<li>Wang, L., Jacques, S. L., Zheng, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MCML-Monte+Carlo+modeling+of+light+transport+in+multi-layered+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Methods+and+Programs+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">MCML-Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues.</a> Computer Methods and Programs in Biomedicine. 47 (2), 131-146 (1995).</li>
<li>Wangpraseurt, D., Larkum, A. W. D., Ralph, P. J., Kühl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+gradients+and+optical+microniches+in+coral+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Light gradients and optical microniches in coral tissues.</a> Frontiers in Microbiology. 3, 316(2012).</li>
<li>Garcia-Pichel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+SCALAR+IRRADIANCE+FIBER-OPTIC+MICROPROBE+FOR+THE+MEASUREMENT+OF+ULTRAVIOLET+RADIATION+AT+HIGH+SPATIAL+RESOLUTION%5BTitle%5D)+AND+%22Photochemistry+and+Photobiology%22%5BJournal%5D)">A SCALAR IRRADIANCE FIBER-OPTIC MICROPROBE FOR THE MEASUREMENT OF ULTRAVIOLET RADIATION AT HIGH SPATIAL RESOLUTION.</a> Photochemistry and Photobiology. 61 (3), 248-254 (1995).</li>
<li>Rickelt, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber-Optic+Probes+for+Small-Scale+Measurements+of+Scalar+Irradiance%5BTitle%5D)+AND+%22Photochemistry+and+Photobiology%22%5BJournal%5D)">Fiber-Optic Probes for Small-Scale Measurements of Scalar Irradiance.</a> Photochemistry and Photobiology. 92 (2), 331-342 (2016).</li>
<li>Jorgensen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+fiber-optic+microprobe+for+high+resolution+light+measurements%3A+Application+in+marine+sediment%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography%22%5BJournal%5D)">A simple fiber-optic microprobe for high resolution light measurements: Application in marine sediment.</a> Limnology and Oceanography. 31 (6), 1376-1383 (1986).</li>
<li>Kühl, M., Lassen, C., Jørgensen, B. B. Optical properties of microbial mats: Light measurements with fiber-optic microprobes. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aK%C3%BChl%2C+M+%22Microbial+Mats.+NATO+ASI+Series%22">Microbial Mats. NATO ASI Series</a>. 35, Springer. Berlin, Heidelberg. (1994).</li>
<li>Holt, A. L., Vahidinia, S., Gagnon, Y. L., Morse, D. E., Sweeney, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photosymbiotic+giant+clams+are+transformers+of+solar+flux%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Royal+Society+Interface%22%5BJournal%5D)">Photosymbiotic giant clams are transformers of solar flux.</a> Journal of the Royal Society Interface. 11 (101), 20140678(2014).</li>
<li>Nayak, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+thermogenesis+in+mice+is+enhanced+by+opsin+3-dependent+adipocyte+light+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Adaptive thermogenesis in mice is enhanced by opsin 3-dependent adipocyte light sensing.</a> Cell Reports. 30 (3), 672-686 (2020).</li>
<li>Zhang, K. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Violet-light+suppression+of+thermogenesis+by+opsin+5+hypothalamic+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Violet-light suppression of thermogenesis by opsin 5 hypothalamic neurons.</a> Nature. 585 (7825), 420-425 (2020).</li>
</ol>

אין ניגודי עניינים.

פרוטוקול זה מתאר טכניקה לאפיון שיטתי של הסביבה האופטית באמצעות נפח גדול של רקמה חיה ברזולוציה מרחבית בערך בקנה מידה של תאים בודדים. שיטה זולה, גמישה וניתנת לעיבוד שדה זו יכולה להיות שימושית לכל חוקר החוקר את התפשטות האור בתוך מערכות חיות. מניסיון, בהשוואהלשיטות 7 הקיימות, בדיקות אלה דורשות מעט יותר תרגול ומיומנות כדי לבנות אך מביאות לפחות נזק לרקמות וליכולת לאפיין באופן מקיף יותר נפחים גדולים יותר של רקמה צפופה.
שיטה זו מורכבת מארבעה חלקים. החלק הראשון, בניית הגשושית, נ...

באופן מפתיע, לחיות יבשה ולשוכני אוקיינוס רדודים יש מספיק אור בתוך גופם לפיזיולוגיה חזותית ואפילו פוטוסינתזה. לדוגמה, רמות האור במרכז ראשו של עכבר (מחוץ לרצועות ספיגת ההמוגלובין החזקות) מוחלשות בשלושה או ארבעה סדרי גודל ביחס לעולם החיצון. זה בערך ההבדל בין רמות האור בתוך הבית ובחוץ. לכן, האטימות של רקמה או חומר עקב פיזור חזק אינה זהה לאטימות עקב בליעת אור חזקה. אור יכול להמשיך להתפשט למרחקים ארוכים במערכת פיזור חזק קדימה, בדומה לאור המתפשט דרך מערכות ימיות עם ריכוזים גבוהים של תאים וחלקיקים1. תצפית זו בולטת במיוחד לאור העובדה שחלבוני אופסין באים לידי ביטוי כמעט בכל הרקמות של כל בעלי החיים. לכן, חשוב להבין כיצד והיכן האור נחלש ומפוזר בתוך רקמה חיה. עם זאת, בניגוד למערכות ימיות, עם רקמה חיה, אי אפשר לטבול מכשיר בעמודת המים ולקבל מדידות זוהר וקרינה, ויש צורך בטכניקה חדשה.
שיטות נוספות ששימשו בעבר לאפיון תכונות הבליעה והפיזור של רקמה חיה כוללות מדידת בדיקות החזרת רקמות ו/או שילוב כדורים2,3, שיטות מיקרוסקופיות כגון סריקת מיקרוסקופ קונפוקלי4, מדידת דיפוזיה של אור לייזר על פני השטח5, וטכניקות מידול כגון העברת קרינת מונטה קרלו6. שיטות הניסוי שהוזכרו דורשות לעיתים קרובות ציוד ספציפי, גדול ויקר או ידע מפורט על מבנה הרקמה ובדרך כלל מוגבלות ביכולתן לאפיין את המבנה המרחבי של האור בעומק הרקמה.
ישנן גם שיטות דומות מבוססות בדיקה המשתמשות במחט היפודרמית כדי להחדיר סיב אופטי דרך רקמה 7,8,9. מניסיוננו, מחטים מהונדסות יעילות בניקור רקמות אך דורשות כוח רב ובדרך כלל קורעות רקמות עדינות כאשר הן עוברות דרך תאים צפופים. לכן, מחטים אלה דורשות בדרך כלל הליך כירורגי להחדיר יותר ממילימטר בערך לתוך שכבת רקמה. השיטה המתוארת כאן, באמצעות תמיכת זכוכית משומנת ומשוכה, מסוגלת להחליק בין תאים עם פגיעה מינימלית של הרקמה וללא ניתוח נוסף.
כתב יד זה מציג שיטה בהשראת עבודתם של יורגנסון ועמיתיו על מדידת אור בתוך מחצלות אצות10,11, באמצעות מיקרו-גשושיות אופטיות נתמכות זכוכית ואלקטרוניקה ניידת המתאימות לחיטוט עמוק לתוך רקמות צפופות ולבנייה ושימוש בשטח. ניתן לבנות גשושיות אלה כדי לאפיין קרינה סקלרית (אור הפוגע בנקודה מכל הכיוונים) וקרינה יורדת (אור החוצה מישור אופקי) בתוך רקמה חיה ברזולוציות מרחביות גבוהות. גשושיות אלה פותחו במקור כדי למדוד מעבר קרינה בתוך הרקמה של צדפות ענק פוטוסימביוטיות12. מדידות סטנדרטיות של ספיגה והעברה של הרקמה הכוללת לא הספיקו כדי לאפיין את הביצועים הפוטוסינתטיים של הרקמה, שכן זה משנה מאוד אם כל אור האירוע נבלע על ידי תאים בודדים החווים עוצמה גבוהה על פני השטח של הרקמה או תאים רבים החווים עוצמות נמוכות לאורך נפח הרקמה. בפרויקט שני, גשושיות אלה שימשו למדידת קרינה in vivo בתוך מוחו של עכבר13,14, ובכך אפיינו את סביבת האור של אופסינים המתבטאים עמוק בתוך המוח. מיקרו-גשושיות אלה הן קטנות ורגישות מספיק כדי למדוד קרינה בתוך רקמת המוח של עכבר כאשר כל הפרווה, העור והעצם שלמים, ולהראות כי רמות האור הפיזיולוגי גבוהות מספיק בקלות כדי לעורר אופסינים בעומק המוח.
בדיקה מיקרו-אופטית זו ומערך מדידה זה יכולים להיות שימושיים לחוקרים הזקוקים לכמת ולאפיין את האור הפנימי לרקמה ביולוגית, במיוחד להבנה דקדקנית יותר של פוטוסינתזה או תפקודים של פיגמנטים חזותיים המתבטאים מחוץ לעיניים. ניתן להשתמש בשיטה זו לבד או בשילוב עם טכניקות אחרות כדי לאפיין באופן מלא את התכונות האופטיות והתפשטות האור בתוך רקמה חיה בעלות נמוכה, עם ציוד נייד קטן מובנה בתוך הבית ועם פרמטרים מתכווננים תלויי משימה.

<table><tbody><tr><td>1 אינץ' מרכז מיסב כדורי נסיעות + D11 + A2: D31 + A2: A2: D31</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>37-935</td><td>חלק 2 של מניפולטור להורדת מדגם יריעת</td></tr><tr><td>אקריליק בעובי 1/4 אינץ'</td><td>McMaster-Carr</td><td>8505K754</td><td>להכנת מחזיק צלחת פטרי</td></tr><tr><td>3/4 אינץ' מהדק קפיץ מיני</td><td>סדן</td><td>99693</td><td>השתמש כמשקל למשיכת סיבים אופטיים</td></tr><tr><td>אגרוף ביופסיה 8 מ"מ</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>NC9324386</td><td>לדגימת רקמות</td></tr><tr><td>לפיד בוטאן</td><td>מקמאסטר-קאר</td><td>MT-51</td><td>מקור חום למשיכת סיבים ופיפטה</td></tr><tr><td>עדשת קולימציה</td><td>Thorlabs</td><td>LLG5A1-A</td><td>לקולימציה של מקור אור באמצעות מוביל אור נוזלי</td></tr><tr><td>אוויר דחוס</td><td>McMaster-Carr</td><td>7437K35</td><td>לייבוש סיבים משוכים ופיפטה</td></tr><tr><td>דבק ציאנואקרילט - נוזלי</td><td>McMaster-Carr</td><td>66635A31</td><td>לאבטחת קצה סיבים מחודדים בחלק העליון של פיפטה משוכה</td></tr><tr><td>סרט חשמלי</td><td>McMaster-Carr</td><td>76455A21</td><td>לאבטחת סיבים בפיפטה ולהוספת אחיזה למהדקים</td></tr><tr><td>נייר קרבורונדום בדרגה עדינה</td><td>McMaster-Carr</td><td>4649A24</td><td>משולש קטן על מחזיק סכין exacto עובד היטב</td></tr><tr><td>ג'לטין</td><td>נוקס</td><td>10043000048679</td><td>לאבטחת ביופסיית הרקמה בצלחת</td></tr> <tr><td>הפטריזכוכית פסטר פיפט</td><td>פישר מדעי</td><td>13-678-20B</td><td>פיפטת זכוכית חד פעמית באורך 5.75 אינץ'</td></tr><tr><td>מזרקי אינסולין, מחט 31G</td><td>BD</td><td>320440</td><td>למריחת דבק</td></tr><tr><td>איזופרופנול</td><td>מקמאסטר-קאר</td><td>54845T42</td><td>לניקוי סיבים משוכים ופיפטה</td></tr><tr><td>Kimwipe</td><td>Cole-Parmer</td><td>מק"ט 33670-04</td><td>לניגוב סיבים אופטיים ופיפטה זכוכית</td></tr><tr><td>נקייה LED דרייבר</td><td>Thorlabs</td><td>LEDD1B</td><td>להפעלת נוריות ה-UV</td></tr><tr><td>מקור אור למדידות</td><td>Cole-Parmer</td><td>UX-78905-05</td><td>מקור אור לבן בחום נמוך למדידות</td></tr> מטרי <tr><td>ליניארי XYZ מתלה ציר ושלב פיניון</td><td>Edmond Optics</td><td>55-023</td><td>חלק 1 של מניפולטור להורדת דגימה</td></tr><tr><td>מדריך אור נוזלי</td><td>Thorlabs</td><td>LLG5-4T</td><td>למקור אור במדידות</td></tr><tr><td>רגליים מגנטיות</td><td>Siskiyou</td><td>MGB 8-32</td><td>לשימוש עם רצועות מגנטיות</td></tr><tr><td>רצועות מגנטיות</td><td>Siskiyou</td><td>MS-6.0</td><td>להרכבה מגנטית למניפולטור לוח אב-טיפוס</td></tr><tr><td>#1</td><td>מניפולטור Siskiyou</td><td>MX10R</td><td>4 צירים עם מחזיק פיפטה</td></tr><tr><td>עט אטום,</td><td>גוון חלון</td> קטן <td>TOP01</td><td>לצד אטום של סיבים אופטיים כדי למנוע כניסת אור תועה לבדיקה</td></tr><tr><td>לוח אב-טיפוס אופטי</td><td>Edmond Optics</td><td>03-640</td><td>להדבקה יציבה של מחזיק בדיקה, דגימה, מיקרוסקופ ומקור אור</td></tr><tr><td>סיבים</td><td>אופטיים Ocean Optics</td><td>P-100-2-UV-VIS</td><td>כ-4 סיבים טובים למקור</td></tr><tr><td>אור פלזמה</td><td>Thorlabs</td><td>HPLS345</td><td>למדידות רדיומטריית רקמות</td></tr><tr><td>מהדק צבת פלסטיק</td><td>McMaster-Carr</td><td>5070A11</td><td>מהדק פלייר המשמש למשקל במשיכת פיפטה</td></tr><tr><td>צלחות פטרי פוליסטירן</td><td>תומס מדעי</td><td>3488N10</td><td>מחזיקי דגימות, נפח מספיק כדי להחזיק עובי מדגם בתוספת ~10 מ"מ של ג'לטין למעלה</td></tr><tr><td>סכיני גילוח</td><td>McMaster-Carr</td><td>3962A3</td><td>להפשטת מעיל מסיבים אופטיים</td></tr><tr><td>חומר סיכה שמן סיליקון</td><td>תומס מדעי</td><td>1232E30</td><td>להפחתת החיכוך בין בדיקה לרקמה</td></tr><tr><td>תוכנה לניתוח נתונים</td><td>Matlab</td><td></td><td>תוכנה נבחרת לניתוח נתונים</td></tr><tr><td>ספקטרומטר + ספקטרומטר תוכנת</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-2048L</td><td>ספקטרומטר יכול להיות כל מותג, זה תואם לסיבים אופטיים עם סיום SMA ומגיע עם תוכנה משלו להפעלת הספקטרומטר</td></tr><tr><td>אבקת טיטניום דו חמצני</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>718467-100G</td><td>להכנת כדור</td></tr> <tr><td>פיזורToolour קליפ השולחן</td><td>Toolour</td><td>Toolour0004</td><td>להחזקת פיפטה בזמן משיכה ולהחזקת בדיקות מוגמרות</td></tr><tr><td>מהדקי מוט פעולת הדק</td><td>mcMaster-Carr</td><td>51755A2</td><td>טוב להחזקת סיבים אופטיים תוך כדי משיכה או ריפוי</td></tr><tr><td>דבק הניתן לריפוי UV</td><td>Delo Photobond</td><td>GB368</td><td>להכנת כדור פיזור</td></tr><tr><td>מקור אור UV</td><td>Thorlabs</td><td>M365FP1</td><td>מקור אור לריפוי דבק בכדור פיזור, זה תואם סיבי sma, עוצמה גבוהה יותר = פחות זמן ריפוי</td></tr><tr><td>מקור אור LED לבן</td><td>Thorlabs</td><td>MCWHF2</td><td>לאפיון סיבים משוכים וכדור פיזור</td></tr></tbody></table>

מיקרו-בדיקה רדיומטרית תוך-רקמתית למדידת קרינה באתרה ברקמה חיה

An Intra-Tissue Radiometry Microprobe for Measuring Radiance In Situ in Living Tissue

אורגניזמים נראים אטומים בעיקר משום ששכבות הרקמה החיצוניות שלהם מתפזרות בחוזקה לאור מאורע; פיגמנטים בעלי ספיגה חזקה, כגון דם, הם בדרך כלל בעלי ספיגה צרה, כך שהנתיב החופשי הממוצע של אור מחוץ לפסגות הספיגה יכול להיות ארוך למדי. מאחר שאנשים אינם יכולים לראות דרך רקמות, הם בדרך כלל מדמיינים שרקמות כמו המוח, השומן והעצם מכילות מעט אור או כלל לא. עם זאת, חלבוני אופסין מגיבים לאור באים לידי ביטוי בתוך רבות מהרקמות הללו, ותפקידיהם אינם מובנים היטב. קרינה פנימית לרקמה חשובה גם להבנת הפוטוסינתזה. לדוגמה, צדפות ענק סופגות חזק אך שומרות על אוכלוסייה צפופה של אצות עמוק ברקמה. התפשטות אור דרך מערכות כמו משקעים וביופילמים יכולה להיות מורכבת, והקהילות האלה יכולות להיות תורמות משמעותיות לפרודוקטיביות של מערכות אקולוגיות. לכן, פותחה שיטה לבניית מיקרו-גשושיות אופטיות למדידת קרינה סקלרית (שטף פוטונים החוצה נקודה) וקרינה יורדת (שטף פוטונים החוצה מישור בניצב) כדי להבין טוב יותר תופעות אלה בתוך רקמה חיה. טכניקה זו ניתנת לטיפול גם במעבדות שדה. מיקרו-גשושיות אלה עשויות מסיבים אופטיים שנמשכים בחום ומאובטחים בפיפטות זכוכית משוכות. כדי לשנות את הקבלה הזוויתית של הבדיקה, כדור בגודל 10-100 מיקרומטר של אפוקסי הניתן לריפוי UV מעורבב עם דו תחמוצת טיטניום מאובטח לאחר מכן לקצה של סיב משוך וגזוז. הבדיקה מוחדרת לרקמה חיה, ומיקומה נשלט באמצעות מיקרומניפולטור. בדיקות אלה מסוגלות למדוד את זוהר הרקמה באתרה ברזולוציות מרחביות של 10-100 מיקרומטר או בקנה מידה של תאים בודדים. גשושיות אלה שימשו לאפיון האור המגיע לתאי השומן והמוח הנמצאים 4 מ"מ מתחת לעורו של עכבר חי ולאפיון האור המגיע לעומקים דומים בתוך רקמת צדפות ענק עשירות באצות חיות.

פרוטוקול זה מתאר את ההליך לבניית גשושית מיקרו-אופטית שניתן להשתמש בה כדי למדוד את הקרינה היורדת (האור המגיע לנקודה מכיוון אחד) או, בתוספת קצה כדורי מפזר אור, למדוד את הקרינה הסקלרית (האור המגיע לנקודה מכל הכיוונים). בדיקות אלה יכולות למדוד קרינה ברזולוציות מרחביות המתקרבות לסקאלות האורך של תאים בודדים בתוך רקמה חיה. פרוטוקול זה מתאר גם שיטה מייצגת להכנת דגימת רקמה למדידות קרינה באמצעות הגשושית המתוארת ושיטה מייצגת לצפייה וניתוח נתונים.
איור 1 מראה את התפוקה של ייצ...

במאמר זה מתוארת שיטה למדידת קרינה באתרה ברקמה חיה. עבודה זו כוללת פירוט של בניית גשושיות בקנה מידה מיקרו למדידות שונות של קרינה וקרינה, מספקת הדרכה להרכבת רקמה לאפיון קרינה, ומתווה שיטות חישוביות לניתוח הנתונים המתקבלים.

Organisms appear opaque largely because their outer tissue layers are strongly scattering to incident light; strongly absorbing pigments, such as blood, ...

פרוטוקול זה משמעותי מכיוון שהוא מפשט ומאפשר מדידות קרינה בחומרים עבים, ומאפשר לנו לאסוף מידע חשוב בעת חקר מערכות חיות. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת מדידות ספקטרליות מפוענחות מרחבית בחומרים קולטים מאוד באמצעות ציוד שניתן לבנות וניסויים שניתן להריץ במעבדות שדה. שיטה זו ניתנת להתאמה וליישום על כל מערכת חיה.הטכניקה של ביצוע הגשושיות היא ניואנסים, אבל בפועל עושה מושלם. התאם את טכניקת המדידה בהתאם לחומר הנבדק ובצע שינויים שיביאו למיקום רקמה בטוח יותר וחיכוך נמוך יותר של הבדיקה. כדי להתחיל לבנות את שרוול הזכוכית עם פיפטה פסטר 5.75 אינץ '.בעזרת תפס תנין הניתן להרכבה, הרכיבו את פיפטת הזכוכית בקצה הרחב כך שהקצה המחודד פונה כלפי מטה לכיוון הרצפה וכיוון הפיפטה מאונך לרצפה. הניחו פד של סרט חשמלי על ידית אחיזה מפלסטיק במשקל 50 גרם כדי לסייע במניעת החלקה ותלו את ידית האחיזה מהקצה המחודד של הפיפטה. בעזרת לפיד בוטאן קטן, מחממים את הקצה המחודד של הפיפטה כמתואר בכתב היד.כאשר אורך פיפטה גדל בכחמישה סנטימטרים, מיד להסיר את הלהבה. לאחר מכן, השתמש מספריים קטנים או חותך זכוכית כדי לקצץ את הקצה הנמשך של פיפטה. תייק את כל האזורים החדים בקצה החתוך באמצעות נייר קרבורונדום ושטוף כל שברי זכוכית זעירים או אבק באמצעות אלכוהול איזופרופיל ואחריו אוויר דחוס.השתמש בסכין גילוח כדי לנתק את הסיב האופטי ולהסיר מחבר SMA אחד של סיב אופטי עם סיום SMA. הקפד לחתוך קרוב לאחת מסיומות SMA. לאחר מכן הסר את חמשת הסנטימטרים הבאים של מעיל פלסטיק ופיברגלס, כך שהסיב האופטי החשוף ייחשף ויבלוט משאר המכלול כולו.השתמשו בלפיד הבוטאן כדי לשרוף את ציפוי פולימר הפוליאמיד מסיבי הזכוכית. יש לשטוף באיזופרופנול ולנגב את סיבי הזכוכית החשופים באמצעות מגבון ללא סיבים. כעת הרכיבו את הקצה החשוף של הסיב האופטי ישירות במהדק צבת על שולחן או קצה מדף, והניחו לקצה ה-SMA של הסיב להיתלות לכיוון הרצפה.כארבעה עד שישה סנטימטרים מהמקום שבו מוחזק הסיב האופטי החשוף במהדק הצבת, מוסיפים את המשקולות למשיכה באמצעות שני מלחציים קטנים בקצה הז'קט של הסיב. כדי למשוך את הסיבים, התחילו עם להבת לפיד הבוטאן דולקת. החזיקו את לפיד הבוטאן סנטימטר אחד מהסיב החשוף כמתואר בכתב היד.ולאפשר לסיב להימתח, למשוך, להפריד ולרדת לרצפה. בדקו את הסיב מתחת למיקרוסקופ וקצצו את קצה הסיב במספריים קטנים לדיסקציה במידת הצורך. השתמשו בעט אטום מוקצף כדי להכהות את דפנות הסיב ולמנוע כניסת אור תועה.משכו בעדינות את קצה העט על פני הסיב, והותירו רק אזור קטן בקצה חשוף. תחת מיקרוסקופ סטריאו, הכנס בזהירות את הסיב האופטי המחודד לקצה הרחב של פיפטת הזכוכית שהשתנתה ודחף את הסיב עד שכמילימטר אחד של סיבים חשופים יבלוט מהקצה המחודד של הפיפטה. באמצעות סרט חשמלי, מחברים את קצה הסיב האופטי לקצה הרחב של הפיפטה.שים טיפה של דבק ציאנואקרילט על מחט מד קטנה. בזהירות לגעת טיפה של דבק בקצה לחתוך של פיפטה משוך, הימנעות הקצה החשוף של הסיב משוך. כדי לשנות את קצה הסיב עם כדור פיזור, ליצור את חומר הגלם על ידי ערבוב טיפה של דבק לריפוי UV עם אבקת דו תחמוצת טיטניום ביחס שווה.חבר את הגשושית למיקרומניפולטור עם מחזיק מוט הרכבה כך שהגשושית תהיה בכיוון אופקי. מכינים מאגר עבודה של חומר הפיזור על ידי טבילת קצה חוט או מחט בתערובת המוכנה, כך שתיווצר טיפת דבק. הר את החוט או המחט עם הטיפה ליד קצה הבדיקה האופקית.הפקד כדור פיזור על קצה הגשוש. השתמש במיקרומניפולטור כדי לדחוף את קצה הסיב האופטי של הגשושית לאט ובזהירות לתוך התערובת המוכנה. ואז במהירות היה שולף את הקצה מהדבק ורואה את כדור הפיזור במיקרוסקופ.חזור על הפעולה עד שטיפה כדורית של דבק בגודל הרצוי מונחת על קצה הסיב האופטי. הכינו את הכלים להרכבת הדגימות. בעזרת לפיד בוטאן, מחממים את הקצה הגדול של פיפטת פסטר כדי להמיס חור בקוטר 0.5 ס"מ בתחתית צלחת פטרי מפלסטיק.אטמו את החור בצד התחתון של הצלחת בעזרת סרט חשמלי או סרט מעבדה. לאחר מכן מלאו צלחת פטרי אחת רבע מהדרך וצלחת פטרי שנייה עד הסוף בג'לטין הנוזלי ותנו לו להתקרר לטמפרטורת החדר רק לפני הג'לציה. בצלחת אחת, מניחים את הביופסיה בכרית של ג'לטין צמיג שנוצר בחור בתחתית המנה.בעזרת פיפטה של פסטר, מוסיפים בעדינות ג'לטין בטמפרטורת החדר סביב הביופסיה עד שתבשיל הפטרי מלא. עבור הדגימה הריקה, השתמש בצלחת מלאה בג'לטין בלבד. חבר את הגשושית לתושבת בכיוון אנכי כך שתצביע לכיוון מקור האור ואבטח את הגשושית באמצעות מלחציים, מהדקים לצינורות או סרט דבק לעמוד שולחן אופטי.חבר את הקצה האופטי של הסיב האופטי של הגשושית לספקטרומטר סיב אופטי USB וחבר את הספקטרומטר למחשב באמצעות כבל USB. שמור על הבדיקה והמניפולטורים במיקום המדויק שבו הנתונים ייאספו. השתמש בצמר גפן, מחט מד עדינה או טפטפת כדי למרוח בזהירות כמות קטנה של חומר סיכה סיליקון על החלק של הבדיקה שיוכנס לתוך הרקמה כדי להפחית את החיכוך בין הצדדים של הבדיקה לבין דגימת הרקמה.כעת, הסירו את הסרט המכסה את החור בצלחת הפטרי של הדגימה והניחו אותו במחזיק הדגימה, כדי לוודא שהוא מוחזק היטב במקומו על ידי חיכוך. השתמש במיקרומניפולטור כדי להוריד את הדגימה אל הגשושית ולאפשר לגשושית להיכנס לג'לטין דרך החור בחלק התחתון של צלחת הפטרי. המשיכו עד שהבדיקה נמצאת במרחק של כחמישה מילימטרים מתחתית שכבת הג'לטין.הפעל את מקור האור. באמצעות תוכנת הספקטרומטר, התאם את זמן שילוב הספקטרומטר עד שהאות גבוה ככל האפשר, אך לא רווי. הגדר את מספר הסריקות הממוצע בין שתיים לחמש, ואת ערך הפיקסלים המחליקים לשישה.זמני שילוב שמישים בשלב זה יכולים לנוע בין אלפית שנייה אחת ל- 15 אלפיות שנייה עבור תוכנית בסיסית זו. ודא שזמן האינטגרציה מתאים למדידה על ידי כך שתוודא שהספקטרום אינו רועש מדי או רווי. שנה את זמן השילוב במידת הצורך.הזז את הדגימה למרחק מסוים באמצעות המיקרומניפולטור ובצע את המדידות. המשך לשמור את הספקטרום בכל מיקום אנכי בתוך הרקמה. המראה המיקרוסקופי של הגשושית העולה דרך הרקמה הוא דמיינו.אחוז האור בעומקי רקמה שונים ביחס לקו הבסיס מוצג. הדבר החשוב ביותר לזכור הוא כי בדיקות אלה הן שבירות, אז קח את הזמן שלך וודא את צמתי הבדיקה מאובטחים לפני שתמשיך. לאחר ביצוע הגשוש, ניתן להתאים את טכניקות המדידה.לדוגמה, ללא כדור הפיזור, ניתן להשתמש בגשושיות כדי למדוד קרינה המגיעה לגלאי מכיוון אחד. לאחר פיתוח הגשושית הזו, החוקרים הצליחו למדוד אור הן בתוך המוח והן ברקמת השומן בעכברים באמצעות וריאציה על מכשיר המדידה שלנו. זה עזר לענות על השאלה אם יש מספיק אור כדי להפעיל פוטורצפטורים שנמצאים עמוק בתוך הרקמה.

an-intra-tissue-radiometry-microprobe-for-measuring-radiance-situ

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

תאים סרטניים החלב להביע בלוציפראז מושתלים תת עורי בעכברים דמיינו באמצעות דימות אופטי כדי לפקח על גדילה והתפתחות הגידול הלא פולשני במחקר האורך.

בשנת vivo Bioluminescent הדמיה של גידולים החלב באמצעות ספקטרום IVIS

להלן נתאר את השיטות לבנייה, לדמיין, ולכמת את התגובות של שניהם bioluminescent גחלילית ואנזימי וציפראז renilla לידי ביטוי בתאי סרטן השד גרורתי בעת הצמיחה...

במצע כפולה vivo bioluminescent ההדמיה

כאן אנו מציגים שיטה היסטולוגית ללכיד, סימון, ניקוי אופטי, והדמית ממשק רקמת המוח השלם סביב microdevices המושתל כרוני ברקמת מוח מכרסם. תוצאות מהטכניקות הכוללות בשיטה זו הן שימושיות להבנת ההשפעה של-שתלים במוח חודרניים שונים ברקמות המקיפות אותם.

אפיון היסטולוגית שלם של Microdevices מוח מושתלים-ורקמה סובבת

אנו מתארים שיטת הדמיה לא פולשנית להבחנה שלבים דלקתיים. משלוח מערכתי של לומינול מגלה תחומים של דלקת חריפה תלויות על פעילות MPO בנויטרופילים. לעומת זאת, הזרקה של lucigenin מאפשרת הדמיה של דלקת כרונית תלויה בפעילות phox במקרופאגים.

בשיטת ההדמיה vivo להבחין דלקת אקוטית וכרונית

אנו מתארים הדמיה אופטית סיבוב זווית רב במערכת (MAROI) כדי לכמת את vivo של סמן פלואורסצנטי מועבר על ידי C saposin (SapC)-dioleoylphosphatidylserine nanovesicles (DOPS). העסקת מודלים עכבר של סרטן ודלקת פרקים, אנו מדגימים כיצד הניתוח עקום אות MAROI יכול לשמש למיפוי המדויק ואפיון ביולוגי של תהליכי מחלה.

בדימות אופטי Vivo של גידולים במוח ודלקת פרקים באמצעות פלורסנט SapC-DOPS nanovesicles

בשילוב הדמיה אופטית וμCT במודל של עכברים של זיהום שתל אורתופדים, ניצול זן מהונדס bioluminescent של Staphylococcus aureus, סיפק את היכולת noninvasively ואורכים כדי לפקח על הדינמיקה של זיהום החיידקים, כמו גם את התגובה הדלקתית המקבילה ושינויים אנטומיים ב עצם.

בשילוב<em&gt; בvivo</em&gt; אופטי וμCT הדמיה למעקב אחר זיהום, דלקת, ועצם אנטומיה בזיהום אורטופדיים שתל בעכברים

יש אירופיום thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) קו הארה אופטית ב 612 ננומטר, אשר יעילות ההפעלה פוחתת מאוד עם הטמפרטורה. אם מדגם מכוסה מעטה דקה של חומר זה הוא-צלם מייקרו, 612 עוצמת התגובה הזורחת ננומטר ניתנת להמרת מפה ישירה של טמפרטורת פני מדגם.

ציפוי מיקרו-הדמיה תרמית ברזולוציה גבוהה באמצעות אירופיום Chelate פלורסנט

מתואר ההרכבה והשימוש במיקרואנדוסקופ רב-מודאלי שיכול לרשום במשותף נתוני תמונת רקמה שטחיים עם פרמטרים פיזיולוגיים של רקמות כולל ריכוז המוגלובין, ריכוז מלנין וריווי חמצן. טכניקה זו יכולה להיות שימושית להערכת מבנה רקמות וזילוף, וניתן לייעל אותה לצרכים האישיים של החוקר.

הדמיה מולטימודליות וספקטרוסקופיה סיבים צרור פלטפורמת Microendoscopy עבור לא פולשני,<em&gt; In vivo</em&gt; בדיקת רקמות

אנו מתארים יישום לא פולשנית ויוו הדמיה פרוטוקול מאופין בעיצוב חסכוני, ניצול L-012, chemiluminescent הלומינול-אנלוגי, כדי להמחיש ולכמת מינים חמצן תגובתי (ROS) שנוצר במודל של עכברים excisional פצע.

אין ויוו הדמיה של מינים חמצן תגובתי ב מאתר פצע מודל

מיקרוסקופיית פיזור ראמאן מגורה (SRS) מאפשרת הדמיה ללא תוויות של ביומולקולות המבוססות על הרטט הפנימי שלהם של קשרים כימיים ספציפיים. בפרוטוקול זה, ההתקנה האינסטרומנטלית של מיקרוסקופ פלואורסצנטי משולב של SRS ושני פוטונים מתוארת כדי לדמיין מבנים תאיים בחוט השדרה של עכברים חיים.

In vivo הדמיה של רקמות ביולוגיות עם פלואורסצנטיות דו-פוטונית משולבת ומיקרוסקופיה פיזור ראמאן מגורה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לזיהוי אופטי ברזולוציה גבוהה של מידע כימי סביב מכשירים רפואיים מושתלים עם הדמיה כימית של הארה מעוררת קרני רנטגן (XELCI). טכניקת הדמיה חדשנית זו פותחה במעבדה שלנו ומאפשרת לחקור ביוכימיה של זיהומים הקשורים לשתלים.

הדמיה כימית ברזולוציה מרחבית גבוהה של זיהומים הקשורים לשתלים עם צילום רנטגן מעורר לומינסנציה הדמיה כימית דרך רקמות

למד שיטה חישובית למדידת קרינה באתרה ברקמות חיות באמצעות מיקרו-בדיקות רדיומטריות. הטכניקה מאפשרת מדידות ספקטרליות מרחביות בחומרים עבים ומסייעת לחוקרים ללמוד על מערכות ביולוגיות בצורה מדויקת.

מיקרו-בדיקה רדיומטרית תוך-רקמתית למדידת קרינה באתרה ברקמה חיה

גלה סרטונים נוספים