December 9th, 2011
뇌 표본 준비에서 데이터 시각화 및 분석에, 나이프 - 에지 스캐닝 현미경을 사용하여 시리얼 sectioning 이미징의 전체 과정을 설명합니다. 이 기술은 현재 마우스 뇌 데이터를 취득하는 데 사용하지만, 다른 기관, 다른 수종에 적용됩니다.
이 절차의 전반적인 목표는 나이프 에지 스캐닝 현미경(KESM)에서 절편 및 이미징을 위한 생물학적 표본의 준비와 결과 이미지 스택 데이터의 시각화를 시연하는 것입니다. 이는 먼저 조직을 고정, 염색 및 삽입하여 KESM에서 이미징을 준비함으로써 수행됩니다. 절차의 두 번째 단계는 KESM을 구성하고 자동 제어 소프트웨어를 사용하여 절편 및 이미징을 수행하는 것입니다.
그런 다음 결과 이미지가 노이즈 제거에 등록되고 잘립니다. 마지막 단계는 웹 기반 아틀라스 및 3D 시각화 소프트웨어에서 데이터 세트를 로드하고 탐색하는 것입니다. 궁극적으로, 전체 뇌 수준, 신경 세포 및 혈관 조직을 마이크로 미터 미만의 해상도로 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다.
직렬 블록 베이스 스캐닝 electromicroscopy와 같은 기존 Mesos에 비해 이 기술의 주요 장점은 더 낮은 해상도에서도 훨씬 더 큰 볼륨을 이미지화할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 일반적으로 커넥토믹스 및 신경 과학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 방법은 뇌의 구조적 조직에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며 폐 및 신장과 같은 다른 장기 시스템에도 적용할 수 있습니다.
이 절차를 시작하기 위해 절개된 쥐의 뇌를 Golgi Cox Solution이 들어 있는 유리병에 넣습니다. 유리병을 가볍고 밀폐된 상자에 넣고 실온에서 10-16주 동안 보관합니다. Golgi Cox 용액이 고정제로 작동하기 때문에 별도의 고정 단계가 필요하지 않습니다.
10 주에서 16 주 후, 다음 날 어둠 속에서 밤새 탈 이온수로 뇌를 헹구고, 헹군 뇌를 탈 이온수에 5 % 수산화 암모늄 용액에 실온에서 어둠 속에서 7-10 일 동안 담그십시오. 7일에서 10일 후, 실온에서 4시간 동안 탈이온수로 뇌를 다시 헹굽니다. 그런 다음 등급이 매겨진 일련의 에틸 알코올을 통해 뇌를 탈수시켜 각 용액에 24시간 동안 그대로 두고, 섭씨 4도에서 50% 에탄올과 70% 에탄올, 85% 에탄올을 사용합니다.
실온에서 95% 에탄올을 3회 변경하고 100% 에탄올을 4-5회 변경합니다. 다음으로, 탈수된 뇌에 아세톤을 넣고 하루에 3-4회씩 교대한다. 그 후, 뇌를 하룻밤 동안 냉장고에 넣고 1:2, 1:1, 2:1의 에이트 대 아세톤 비율
로 아세톤 혼합물을 넣으십시오.마지막으로 뇌를 냉장고에 100% 넣고 하룻밤 동안 매번 세 번 변경합니다. 그런 다음 처리된 뇌를 100% 아이테에 내장하고 3일 동안 섭씨 60도로 가열합니다. 마지막으로, 경화된 시편 블록을 금속 시편 링에 장착하고, 이를 에폭시로 사용하고, 이 절차를 시작하기 위해 필요에 따라 블록의 측면을 트리밍합니다.
마우스가 심하게 마취되어 있고 발가락 꼬집음에 반응하지 않는지 확인합니다. 그런 다음 실온 인산염 완충 식염수를 사용하여 마우스에 transi-heartlyly를 관류한 다음 차가운 4% 인산염 완충 파라 포름알데히드를 주입했습니다. 다음으로, 0.1%thi의 용액으로 마우스를 관류하고 탈이온수에 염료를 넣습니다.
그 후, 시신을 섭씨 4도의 냉장고에 24시간 동안 넣는다. 24시간 후, 종아리에서 뇌를 제거하고 0.1% 티오닌이 함유된 새로운 용액에 넣습니다. 뇌를 섭씨 4도로 7일 동안 방치한다.
7일 후, 등급이 매겨진 일련의 에틸 알코올을 통해 뇌를 억류하고 탈수시킵니다. 6 주, 50 % 에탄올에서 3-5 일, 70 % 에탄올에서 7-10 일, 85 % 및 95 % 에탄올에서 각각 약 2 주, 나머지 시간은 100 % 에탄올. 실온에서 아세톤을 세 번 바꾼 후, 뇌는 섭씨 60도의 오븐에 박식한 플라스틱에 박힌다.
인도 잉크로 혈관 네트워크를 염색하는 절차를 시작하려면 발가락 철수 반사가 부족하여 마우스가 깊이 마취되었는지 확인하십시오. 그런 다음 실온 인산염 완충 식염수를 사용하여 마우스를 transi-heartlyly, 실온, 10% 중성 완충 포르민을 사용하여 마우스에 transi-heartise를 관류합니다. 식염수와 고정제를 전신 관류하는 것은 심혈관계에서 혈액을 제거하고 조직을 고정하는 데 필요합니다.
다음으로, 3.0cc의 희석되지 않은 인도 잉크 관류로 마우스를 퍼퓨합니다. 인도에서는 심혈관 시스템의 혈관 조직을 완전히 채우기 위해 잉크가 필요합니다. 생쥐에서 제거한 후, 생성된 뇌는 일련의 등급이 매겨진 에틸 알코올을 통해 탈수된 다음 박식한 플라스틱에 내장됩니다.
이미징을 위해 KESM을 설정하기 위해 앞서 표시된 프로토콜에 따라 카메라, 조명기 및 무대를 켜고 칼과 대물렌즈를 들어 올립니다. 다음으로 시편 링을 설치합니다. 그런 다음 목표물과 칼을 내립니다.
시편 치수를 측정합니다. 그런 다음 KESM 스테이지 컨트롤러에 대한 구성 파일을 만듭니다. 두 가지 응용 프로그램, 단계를 초기화하기 전에 칼과 KESM의 목표를 올립니다.
KESM 스테이지 컨트롤러 2를 시작하고 스테이지를 초기화합니다. 그런 다음 칼과 대물렌즈를 내리고 펌프를 켭니다. 광학 트레인의 초점 손잡이를 돌려 대물렌즈와 카메라의 초점을 맞추고 카메라의 시야를 나이프 엣지에 상대적으로 맞춥니다.
단계별로 클릭하여 이미징 및 절편의 처음 몇 단계를 확인하십시오. 그런 다음 이동을 클릭합니다. 이미지 처리를 위한 이미징 및 절편을 시작합니다.
KESM 스택 프로세서를 실행하여 모든 이미지에서 조명 아티팩트를 제거하고 배경 강도를 정규화합니다. 모든 데이터 하위 폴더에 대해 반복합니다. KESM brain atlas를 사용하여 데이터를 시각화하려면 이 웹사이트로 이동하여 적절한 atlas를 선택하여 다른 깊이로 이동합니다.
풀다운 메뉴에서 각 단계에서 얼마나 깊숙이 들어갈 것인지 선택한 다음 더하기를 클릭하여 Z 깊이를 늘리거나 빼기를 클릭하여 Z 깊이를 줄입니다. 다른 옵션으로는 KESM 브레인 아틀라스를 사용하여 확대하거나 탐색하는 것이 있습니다. 풀다운 메뉴를 사용하여 오버레이 번호와 오버레이 간격을 조정하고 VIS lab을 사용하여 데이터를 시각화합니다.
응용 프로그램을 실행하고 새 프로젝트를 만듭니다. 프로젝트에는 2D 파일에서 3D 작성, 세계 행렬 산술 1 설정 및 3D 연결 보기가 포함되어야 합니다. 이 순서대로, 마우스 오른쪽 버튼을 누른 상태에서 view 3D에 표시된 대로 적절한 파라미터를 설정해야 합니다.
마우스를 움직여 임계값을 조정하면 영역을 자를 수 있습니다. 방향이 변경되었거나, 조명이 변경되었거나, 배경이 켜지거나 꺼졌습니다. 대표적인 KESM 결과는 다음과 같이 설명됩니다: 먼저 표시된 비디오 클립은 약 100미크론 너비의 혈관 데이터의 클로즈업으로 시작하여 혈관 데이터 세트에 대한 KESM의 볼륨 시각화, 전체 Brain India 잉크 데이터 스택입니다.
KESM, whole Brain India 잉크 데이터의 두 번째 클립은 전체 쥐의 뇌 혈관 구조에 대한 세 가지 표준 보기를 보여주며, 이는 약 10mm 너비의 고해상도 데이터에서 샘플링된 서브입니다. sagittal view, coronal view, horizontal view, 그리고 coronal section의 플라이 스루. 케즘. 이 비디오 클립에는 전뇌 마우스 골지체 데이터가 설명되어 있으며, 블록 보기에서 시작하여 시상면 보기, 코로나 보기 및 수평 보기로 이어지는 세 가지 다른 단면 평면을 따라 플라이 스루를 보여줍니다.
다음으로 KESM 전뇌 마우스 GoGy 데이터의 세부 정보를 보여줍니다. 이 첫 번째 비디오 클립은 소뇌와 푸르킨제 세포에 관한 것입니다. 이 두 번째 클립은 피질과 파라메탈 세포를 보여줍니다.
마지막으로 KESM. 전뇌 nle 데이터는 이 두 비디오 클립에 설명되어 있습니다. 먼저 표시된 것은 NLE 데이터의 근접 촬영입니다.
이 두 번째 클립은 고해상도 데이터에서 샘플링된 전체 마우스 뇌 Nle 데이터 서브의 세 가지 표준 보기를 보여줍니다. 이 개발 후 내부 구조를 명확하게 볼 수 있도록 단면도 표시됩니다. 이 기술은 신경 과학 분야의 연구자들이 쥐 뇌의 신경 및 혈관 네트워크를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.
이 비디오를 시청한 후에는 나이프 에지 스캐닝 현미경에 대한 표본 준비, 이미징 및 데이터 분석에 대해 잘 이해하게 될 것입니다.
이 기사는 나이프 엣지 스캐닝 현미경(KESM)을 사용하여 영상화를 위해 뇌 시료를 준비하는 포괄적인 과정을 설명합니다. 이 기술은 주로 마우스 뇌에 적용되지만 다른 기관 및 종에도 관련이 있습니다.
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.