Name: シンクロトロンX線トモグラフィを用いたサブミクロン分解能を持つ非侵襲的3次元可視化 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-05-27T00:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: 学ぶシンクロトロンX線トモグラフィによる非侵襲的3次元可視化法。サブミクロン分解能で微小生物の内部構造を自然状態で観察し、従来の組織学的アーティファクトを回避します。

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我々は、ESRFで彼らの助けのためにパーヴォバーグマン、マイケルラウマン、そしてセバスチャンSchmelzleに感謝。この作品は、欧州放射光施設ビームタイムの配分を通じて、プロジェクトSC - 2127によってサポートされていました。

本研究で使用されている動物単為生殖ササラダニダニArchegozetes longisetosus（ダニ目、ササラダニ亜）の標本は、我々の研究室の培養液から採取した。文化が20から23で一定の暗所で、パリ/プラスチック瓶で木炭の混合（9:1）の石膏で育つ℃の空気の湿度の約90％と。 サンプルの準備<ol><li>検体は細かいブラシで洗浄し、24時間80％エタノール、35％ホルムアルデヒド、100％酢酸の6時03分01秒混合物に入れ、培養液から採取した。 </li><li>その後、標本は70％、75％、80％、85％、90％、95％、および各濃度で3の変更、および手順の間に10分で100％の段階的エタノールシリーズで脱水した。 </li><li>最後に、サンプルは、CO 2（CPD 020、バルザース）で乾燥させ、新鮮な100％エタノールを一晩と臨界点に置かれた。乾燥標本はプラスチックのピンの先端（;直径は3.0 mm長1.2センチメートル）に添付された。 </li></ol>シンクロトロンX線断層撮影法 X線断層撮影法は、ビームラインID19（ESRF、グルノーブル、フランス、実験SC - 2127）で行った。 <ol><li>サンプルはサンプルホルダーにマウントされており、ビームの中央の位置に調整した。 </li><li>試料は20.5 keVのエネルギーで測定した。 X線写真は、14ビットのダイナミックレンジを持つ冷却CCD（ESRF FReLoNカメラ）、2048 × 2048ピクセルおよび0.7μmの有効画素サイズで記録した。 1500年予測は、それぞれの投影のための0.35秒の露光時間で180 °の試料回転を介して記録した。検出器から試料間距離は20 mmであった。 </li></ol>サンプルと検出器の間に一定の距離を使用すると、（サンプルは検出器の正面に配置されている場所吸収撮像で不十分なコントラストを生成するような低X線減衰係数（Cloetens、ら1996）、と素材の差のイメージングが可能）。ほとんどの生物学的な事項は、低吸収および/または原子番号のわずかな違い（ベッツ、ら、2007）を有する材料で構成される位相オブジェクト、です。しかし、位相強化断層撮影は、均質なX線ビームの高い空間的コヒーレンスが必要です。そのため、シンクロトロン放射は、より良い測定のこれらの種類のデスクトップスキャナよりも適しています。 データの分析<ol><li>結果として得られる2次元X線写真は、フィルタリング逆投影アルゴリズム（Cloetens、ら、1997）で3次元ボクセルデータ（8ビットのグレー値）に形質転換した</li><li>ボクセルデータは、ソフトウェアVGStudioマックス1.2.1で分析した。 （ボリュームグラフィックス、ハイデルベルク、ドイツ）。 </li><li>背景から灰色の値は、3次元視覚化ヒストグラムから削除されました。 </li><li>あらかじめ定義されたカメラパスは、回転アニメーションとアニメーションのクリッピング平面を生成するために使用されていました。 </li><li>ユーザー定義のカメラパスは、Aの消化器系に従うように生成されlongisetosus。 </li></ol>

<ol><li>Betz, O., Wegst, U., Weide, D., Heethoff, M., Helfen, L., Lee, W. -K., Cloetens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+applications+of+synchrotron+X-ray+phase-contrast+microtomography+in+biological+morphology+and+biomaterial+science.+I.+General+aspects+of+the+technique+and+its+advantages+in+the+analysis+of+millimetre-sized+arthropod+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microscopy%22%5BJournal%5D)">Imaging applications of synchrotron X-ray phase-contrast microtomography in biological morphology and biomaterial science. I. General aspects of the technique and its advantages in the analysis of millimetre-sized arthropod structure.</a> J. Microscopy. 22, 51-71 (2007).</li>
<li>Cloetens, P., Barrett, R., Baruchel, J., Guigay, J. P., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+objects+in+synchrotron+radiation+hard+X-ray+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Phase objects in synchrotron radiation hard X-ray imaging.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 29, 133-146 (1996).</li>
<li>Cloetens, P., Pateyron-Salome, M., Buffiere, J. Y., Peix, G., Baruchel, J., Peyrin, V., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+in+microstructure+and+damage+in+materials+by+phase+sensitive+radiography+and+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Apll.+Phys%22%5BJournal%5D)">Observation in microstructure and damage in materials by phase sensitive radiography and tomography.</a> J. Apll. Phys. 81, 5878-5886 (1997).</li>
<li>Clotens, P., Ludwig, W., Baruchel, J., van Dyck, D., van Landyut, J., Guigay, J. P., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holotomography%3A+quantitative+phase+tomography+with+micrometer+resolution+using+hard+synchrotron+radiation+X-rays%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Holotomography: quantitative phase tomography with micrometer resolution using hard synchrotron radiation X-rays.</a> Appl. Phys. Lett. 75, 2912-2914 (1999).</li>
<li>Heethoff, M., Cloetens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Comparison+of+aynchrotron+X-ray+phase+contrast+tomography+and+holotomography+for+non-invasive+investigations+of+the+internal+anatomy+of+mites%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Organisms%22%5BJournal%5D)">A Comparison of aynchrotron X-ray phase contrast tomography and holotomography for non-invasive investigations of the internal anatomy of mites.</a> Soil Organisms. , (2008).</li>
</ol>

著者は開示すべき事項はありません。

本発表では、我々は鋏角を持つマイクロ節足動物の内部の解剖学的構造の3D可視化に焦点を当てた。シンクロトロンX線測定は、試料のサイズに応じて、0.3μmするのピクセル解像度をダウンできます。ここで、我々は、0.7μmピクセルの解像度を持つデータを示している。一般的に、シンクロトロンX線断層撮影法は、低X線の減衰をもつ小さな生物学的材料を（あるいは組織）の分析に役立ちます。ピクセル解像度は、ほぼ従来の光学顕微鏡のことに達する。テクニックは、内部組織が関係があるため、セクションなどによって破壊されてはならないその材料の任意の種類に適用することができます。組織学的切片は、しかし、組織をX線断層撮影法では不可能である、差動で染色することができるという利点があります。しかし、ここで、別のグレー値は異なるX線の減衰を持つ組織に対応し、グレー値の分布は、定量的な位相トモグラフィを使用して拡張することができます（holotomography;。Cloetensら、1999; Heethoff＆Cloetens、2008）。シンクロトロンX線トモグラフィーの手法は、次の理由により特別な価値があります。 <ol><li>試料調製が容易と固定し、乾燥に限られている、ない組織学的切片は必要ありま...

シンクロトロンx線トモグラフィを用いたサブミクロン分解能を持つ非侵襲的3次元可視化

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

リトルは1 mm未満のボディサイズを持つ多くの微小節足動物の内部組織についてはほとんど知られていない。理由は、小さいサイズ、それが困難な古典的な組織学のプロトコルを使用するようになるハードキューティクルです。さらに、組織学的切片は、試料を破壊するため、ユニークな材料を使用することはできません。したがって、非破壊法では、切片の必要なしに小さな試料の内部に表示することができますどの望ましい。 我々は、非侵襲的に0.7μmのピクセル解像度での3D断層データセットを生成するためにグルノーブル（フランス）での欧州放射光施設（ESRF）でシンクロトロンX線トモグラフィーを使用。ボリュームレンダリングソフトウェアを使用して、これは、私たちは組織学的切片によって生成される人工物なしで自然な状態での内部組織を再構築することができます。これらの日付は、定量的な形態、ランドマーク、または隠された体の部分の構造を理解し、サンプルを通して完全な臓器の器官または組織に従うようにアニメーション映画の視覚化のために使用することができます。

我々は、非侵襲的に0.7μmのピクセル解像度での3D断層データセットを生成するために欧州放射光施設（ESRF）でシンクロトロンX線トモグラフィーを使用。ボリュームレンダリングソフトウェアを使用して、これは組織学的切片によって生成された人工物のない自然の状態で内部構造の再構築が可能になります。

シンクロトロンX線トモグラフィを用いたサブミクロン分解能を持つ非侵襲的3次元可視化

体サイズが1 mm未満の多くの微小節足動物の内部構造については、ほとんど知られていない。その理由は、サイズが小さいことと、硬い...

こんにちは。私はチューbingen大学のBats LabのMichelle Ovです。このプレゼンテーションでは、サブミクロン分解能のシンクロトロンX線トモグラフィーを用いた、微小緩歩動物（クマムシ）の内部組織の非侵襲的な三次元可視化についてお話しします。私たちが研究対象としているモデルシステムは、輪形動物の*Aus Long osis*で、体長800 µmから1 mmの微小緩歩動物です。こちらは当研究室の培養個体を撮影した写真で、動物が藻類を食べている様子が見て取れます。Argosの内部組織を研究するために、SRFおよびGrableにおいてシンクロトロンX線放射線を用いてトモグラフィVOXデータを生成しました。ここでは、巨大なストレージリングを備えたESRFの写真と、リングの外側に位置するID 19の実験ホール（右上隅）を示しています。測定にあたり、試料を臨界点まで調整し、瞬間接着剤を用いてプラスチックピンに固定しました。実験は20.5 KEVで実施され、再構成のために1,500枚の投影画像を取得しました。ここでは、CCDチップ、14ビットのダイナミックレンジ、および400万画素を備えたカメラを示しています。この写真の下部に示されているシミュレーターは、X線を可視光に変換します。これはサンプルホルダーと回転テーブルの接写です。ビームに対してサンプルを適切に配向させるため、サンプルをGoyaメーターヘッドに装着します。実験系の詳細な記述については、Journal of Microscopyに掲載された2007年の論文をご参照ください。本プレゼンテーションでは、ソフトウェアFiji Studio Maxを用いた3次元視覚化に関するデータアナライザーに焦点を当てます。まず、サンプル情報を抽出するために、背景からグレー値をどのように除去するかを説明します。ヒストグラムには1つの大きなピークが見えますが、これは主に背景のグレー値に由来するものです。ヒストグラムからこのピークを除去すると、グレーの立方体からサンプルが現れるのが確認できます。次に、キーフレーム作成ツールVG studioを使用してオブジェクトを回転させる方法を説明します。Maxには、定義済みのカメラ軌道セットが用意されています。ここではXYサークルを使用して垂直軸Xsを中心に回転させます。これが最終的なアニメーションになります。動物の背面にある大きな構造は、瞬間接着剤の表面に対応しています。それでは、サンプルの内部組織を3次元的に観察するために、仮想的な切断平面を設定する方法を説明します。切断平面は、前方、側方、および軸方向の3つの方向で設定可能です。ここでは前断面を使用し、動物の中央付近の領域にある切断位置を決定します。この切断平面は固定されている必要はありません。再びキーフレーマーを使用することで、任意の軸に沿って移動させることができます。この例では、プリセットクリップZを使用して、サンプルの長軸方向に沿って切断平面を移動させています。これにより、最終的なアニメーションが段階的に作成されます。わずか0.7 micronsの分解能で、すべての内部構造の3D組織を視認し、追跡することができます。あらかじめ定義されたカメラ軌道以外に、ユーザー固有のカメラパスを作成することも可能です。作成するには、「フリーカメラ・ルックアット（free camera look at）」モードを選択し、カメラおよび仮想レンズの焦点距離を任意の位置に調整します。ステップバイステップで新しいカメラ位置を定義することで、どのような複雑さの個別パスにも対応させることができます。左上の3Dウィンドウでは、すべてのカメラ設定の効果をリアルタイムで確認できます。最後の例では、動物内の完全な消化系を辿るバーチャルフライトを体験します。ここでは、gma、colliery、labrum、およびrotellaの一部をご覧いただけます。さらに近づき、動物の口に入ります。ここでは、背面にある PHN を確認できます。次に、食道を通り、腹腔へと進みます。このリベットダニには、2つの大きなkerがあります。これらは消化機能を備えたスライク構造です。右のseumに入ります。小さな開口部を通して、多数のIDE細胞を確認できます。これらの細胞は消化において重要な役割を果たしていますが、その完全な機能とメカニズムはまだ完全には解明されていません。心室に戻ると、心室と結腸の境界に、先ほど心室への進入に使用したIsal弁という特定の構造が見えます。凝縮され、萎縮した膜に囲まれた食塊（フードボルス）が見えます。食塊の後方には、排泄物パレット（フェーカルパレット）が確認できます。現在、この排泄物パレットの中を通過しています。その後、短い結腸（inter colon）を通過し、後結腸（post colon）に入ります。ここでは、大きく特徴的な微生物相が見られます。最後に、ここでは、まるでパレットのような、この動物特有のプレートの内表面を確認することができます。消化器系の解説を終わります。最後に、動物の腹側外面を短く確認し、腹側付属肢（AAL）プレートと生殖プレートを見ていきましょう。

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Research

JoVE Journal

Biology

生物学

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MRイメージングと生体内追跡非侵襲のための酸化鉄ナノ粒子で標識ヒトES細胞とhMSCs

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