December 9th, 2011
脳標本の準備からデータの可視化と分析に、ナイフエッジの走査型顕微鏡を使用してシリアルのセクショニング画像への完全なプロセスが記載されている。この手法は、現在のマウスの脳のデータを取得するために使用されますが、それは他の臓器、他の種に適用可能です。
この手順の全体的な目標は、ナイフエッジ走査型顕微鏡(KESM)での切片化およびイメージングのための生体試料の調製と、結果として得られる画像スタックデータの視覚化を実証することです。これは、最初に組織を固定、染色、および埋め込みて、KESM下でのイメージング用に準備することによって達成されます。手順の2番目のステップは、KESMを設定し、自動制御ソフトウェアを使用して切片化とイメージングを行うことです。
その後、結果の画像はノイズ除去に登録され、トリミングされます。最後のステップは、Webベースのアトラスおよび3D視覚化ソフトウェアでデータセットをロードして探索することです。最終的には、全脳レベル、ニューロン、血管の組織をサブマイクロメートルの解像度で示す結果を得ることができます。
シリアルブロックベース走査型電気顕微鏡法などの既存のMesosと比較した場合、この技術の主な利点は、解像度は低いものの、はるかに大きなボリュームをイメージングできることです。この方法は、コネクトミクスと神経科学全般の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この方法は、脳の構造組織に関する洞察を提供するだけでなく、肺や腎臓などの他の臓器系にも適用できます。
この手順を開始するために、解剖したマウスの脳をゴルジコックス溶液の入ったガラス瓶に入れます。ガラス瓶を室温で10〜16週間、軽く密閉された箱に入れます。Golgi Cox溶液は固定剤として機能するため、別の固定ステップは必要ありません。
10〜16週間後、翌日の暗闇で脳を脱イオン水で一晩洗い流し、すすぎた脳を脱イオン水の5%水酸化アンモニウム溶液に浸します。7〜10日後、室温の脱イオン水で脳を再び4時間すすぎます。次に、段階的な一連のエチルアルコールを通じて脳を脱水し、各溶液に24時間、摂氏4度と85%エタノールで50%エタノールと70%エタノールを残します。
室温で95%エタノールを3回、100%エタノールを4〜5回交換します。次に、脱水した脳をアセトンに入れ、1日ごとに3〜4回の交換を行います。この後、脳をこれらのアイテアセトン混合物のそれぞれに、アイテとアセトンの比率が1対2、1対1、および2対1の冷蔵庫に一晩入れます。
最後に脳を冷蔵庫に100%aiteに入れ、一晩中毎回3回の交換を行います。その後、治療した脳を100%aiteに埋め込み、60°Cに3日間加熱します。最後に、硬化した試料ブロックを金属製の試料リングに取り付け、エポキシ樹脂を使用し、必要に応じてブロックの側面をトリミングしてこの手順を開始します。
マウスが深く麻酔されており、つま先のつま先をつまんでも反応しないことを確認します。次に、室温のリン酸緩衝生理食塩水を使用してマウスをトランスコーディアルに灌流し、続いて冷冷4%リン酸緩衝パラホルムアルデヒドを使用しました。次に、マウスに0.1%thiの溶液を灌流し、脱イオン水で染色します。
その後、本体を摂氏4度の冷蔵庫に24時間置きます。24時間後、脳を子牛から取り出し、0.1%チオニンの新鮮な溶液に入れます。脳を摂氏4度で7日間放置します。
7日後、段階的な一連のエチルアルコールを通じて脳を拘束し、脱水します。6週間の期間にわたって、50%エタノールで3〜5日、70%エタノールで7〜10日、85%および95%エタノールでそれぞれ約2週間、残りの時間は100%エタノールで。アセトンを室温で3回交換した後、脳は摂氏60度のオーブンで博学なプラスチックに埋め込まれます。
血管網を墨汁で染色する手順を開始するには、マウスが深く麻酔されていることをつま先の離脱反射の欠如によって確認します。.次に、室温のリン酸緩衝生理食塩水を使用してマウスを縦横無減糖し、続いて室温の10%中性緩衝ホルミンを使用してマウスを灌流します。生理食塩水と固定剤による全身灌流は、心血管系から血液を取り除き、組織を固定するために必要です。
次に、マウスに3.0ccの原液インドインク灌流を混ぜます。インドでは、心血管系の血管系を完全に満たすためにインクが必要です。マウスから取り除いた後、得られた脳は、一連の等級付けされたエチルアルコールを通じて脱水され、次に博学なプラスチックに埋め込まれます。
前に示したプロトコルに従って、イメージング用のKESMをセットアップし、カメラ、イルミネーター、ステージの電源を入れ、ナイフと対物レンズを上げます。次に、試料リングを取り付けます。次に、対物レンズとナイフを下げます。
試験片の寸法を測定します。次に、KESM ステージ コントローラーの構成ファイルを作成します。ステージを初期化する前に、ナイフとKESMの目標を2回立てます。
KESMステージコントローラー2を起動し、ステージを初期化します。次に、ナイフと対物レンズを下げて、ポンプをオンにします。光学トレインのフォーカスノブを回し、ナイフエッジに対するカメラの視野を調整して、対物レンズとカメラの焦点を合わせます。
ステップバイステップでクリックして、イメージングとセクショニングの最初の数ステップを確認します。次に、[実行]をクリックします。画像処理のためのイメージングとセクショニングを開始するため。
KESM スタック プロセッサを実行して、照明アーティファクトを除去し、すべての画像の背景強度を正規化します。すべてのデータサブフォルダに対して繰り返します。KESMブレインアトラスを使用してデータを視覚化するには、このWebサイトにアクセスし、適切なアトラスを選択して別の深さに移動します。
プルダウンメニューから、各ステップでどれだけ深く進むかを選択し、プラスをクリックしてZの深さを増やすか、マイナスをクリックしてZの深さを減らします。その他のオプションには、ズームインやKESMブレインアトラスを使用したナビゲーションが含まれます。プルダウンメニューを使用して、オーバーレイ数とオーバーレイ間隔を調整し、VISラボを使用してデータを視覚化します。
アプリケーションを起動し、新しいプロジェクトを作成します。プロジェクトには、2Dファイルから3Dを作成し、ワールド行列演算を設定し、3D接続したビューを含める必要があります。この順序では、マウスの右ボタンを押しながら、View 3Dに示すように適切なパラメータを設定する必要があります。
マウスを動かしてしきい値を調整すると、領域をトリミングできます。向きが変わった、イルミネーションが変わった、または背景がオンまたはオフになった。代表的なKESMの結果は、次のビデオクリップで示されています 最初に示されたのは、約100ミクロンの幅の血管データのクローズアップから始まる、血管データセットのKESM、全脳インドインクデータスタックのボリューム視覚化です。
KESMの2番目のクリップ、全脳インドのインクデータは、マウス全体の脳血管系の3つの標準ビューを示しています、約10ミリメートルの幅の高解像度データからサンプリングされた潜水艦。矢状図、冠状図、水平図、および冠状断面のフライスルー。ケズム。全脳マウスのゴルジ体データは、ブロックビューから始まり、矢状ビュー、冠状ビュー、水平ビューと続く3つの異なるセクショニングプレーンに沿ったフライスルーを示すこのビデオクリップに示されています。
次に、KESM全脳マウスGoGyデータの詳細を示します。この最初のビデオクリップは、小脳細胞とプルキンエ細胞のものです。この2番目のクリップは、皮質細胞とパラメタル細胞を示しています。
最後に、KESM。全脳のnleデータは、これらの2つのビデオクリップで示されています。最初に示すのは、NLEデータのクローズアップです。
この2番目のクリップは、高解像度データからサンプリングされたマウス脳全体のNleデータサブの3つの標準ビューを示しています。この開発後の内部構造を明確に見るために、断面も示されています。この技術は、神経科学の分野の研究者がマウスの脳のニューロンおよび血管ネットワークを探求する道を開きました。
このビデオを見れば、ナイフエッジ走査型顕微鏡の試料調製、イメージング、データ解析について十分に理解できるはずです。
この記事では、ナイフエッジ走査顕微鏡(KESM)を使用した脳組織のイメージング用途における標本の準備プロセスについて説明します。この技術は主にマウスの脳に適用されますが、他の器官や種にも関連しています。
Knife-edge scanning microscopy (KESM) enables high-throughput, submicrometer-resolution 3D imaging of whole organs, providing critical ground-truth data for connectomics and neurovascular research. This capability supports early-stage target validation by revealing structural organization of neuronal and vascular networks in disease-relevant systems. The method enhances predictive confidence in preclinical models by delivering quantifiable, reproducible anatomical datasets for mechanistic de-risking.
KESM fits within the discovery continuum from early target hypothesis testing through lead identification to preclinical validation, particularly for neuroscience and vascular targets.