Imaging of Neuronal Mitochondria Using a Serial Block-Face Scanning Electron Microscope
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 3:25 min • May 29th, 2025
Take a trimmed, resin-embedded mouse brain tissue section containing the hippocampus.
The section is stained with heavy metals to enhance contrast under an electron microscope.
Mount the section onto an aluminum pin using cyanoacrylate glue.
Coat the block sides with colloidal silver paste to create a conductive path to the aluminum pin.
Examine the tissue block using a serial block-face scanning electron microscope (SBFSEM).
Within the SBFSEM, the ultramicrotome sequentially slices the block into ultrathin layers while a low-voltage electron beam scans the exposed surface.
A backscattered electron detector captures high-resolution 2D images, revealing mitochondria and surrounding cellular structures.
Using appropriate software, adjust the brightness and contrast to improve image clarity.
Align the sequential images to reconstruct a 3D volume of the brain tissue. This 3D reconstruction allows precise mapping of mitochondrial morphology, spatial distribution, and their relationships within neuronal compartments.
Trim the samples to the area of interest and mount them onto an aluminum pin using gelling cyanoacrylate superglue. Then coat the sample with colloidal silver paste around the sides of the block to provide a conductive path to the aluminum pin. Examine the tissue specimens using a scanning electron microscope system equipped with an in-chamber ultramicrotome stage and a low kilovolt backscattered electron detector.
Image the samples with these settings. Begin analysis by selecting image type, then 8-bit to convert the images to 8-bit TIFF format from the original proprietary 16-bit. If automatic contrast and/or brightness conversion during this step is not ideal for images, reopen the 16-bit images and press image. Adjust brightness contrast.
Select a range that works for all images and press Apply. Then perform the conversion. If there was unacceptable image movement between slices, align the image stacks by selecting Plug-ins, Registration and linear stack alignment with SIFT and set the alignment for translation only mode rather than rigid body.
Enlarge the Canvas size prior to registration by selecting image adjust Canvas size. Alternatively, reduce the image to an area of interest by selecting the desired region and then cropping it. If necessary, scale images to a smaller, more manageable size using image j, then selecting image and scale.
Overzicht
Dit artikel beschrijft een methode voor het onderzoeken van muizenbreinweefsel, specifiek de hippocampus, met behulp van serial block-face scanning electron microscopy (SBFSEM). De techniek maakt hoge-resolutie beeldvorming en 3D-reconstructie van mitochondriale structuren binnen neuronale compartimenten mogelijk.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Elektronenmicroscopie
- Celbiologie
Achtergrond
- Het begrijpen van de mitochondriële morfologie is essentieel voor het bestuderen van de neuronale functie.
- Hoge-resolutieverbeeldingstechnieken zijn noodzakelijk voor gedetailleerde cellulaire analyse.
- SBFSEM biedt een unieke benadering om weefselarchitectuur in 3D te visualiseren.
- Kleuring met zware metalen verbetert het contrast voor elektronenmicroscopie.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een protocol voor het prepareren en afbeelden van muizenbreinweefsel.
- Het mogelijk maken van de reconstructie van 3D-beelden van mitochondriën en hun ruimtelijke relaties.
- Het verbeteren van de helderheid en kwaliteit van elektronenmicroscopiebeelden.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van in hars ingebedde coupes van hersenweefsel.
- Kleuring met zware metalen voor een verbeterd contrast.
- Gebruik van SBFSEM voor beeldvorming.
- Beeldverwerking en uitlijning met behulp van gespecialiseerde software.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle beeldvorming van mitochondriale structuren in hoge resolutie.
- 3D-reconstructies onthullen de ruimtelijke distributie van mitochondria.
- Verbeterde beeldhelderheid door aanpassingen van helderheid en contrast.
- Effectieve uitlijning van beeldstacks voor nauwkeurige 3D-modellering.
Conclusies
- Het protocol maakt een gedetailleerde analyse van de mitochondriale morfologie mogelijk.
- 3D-reconstructies bieden inzicht in de neurale compartimentalisatie.
- Deze methode kan worden toegepast op andere hersengebieden voor soortgelijke studies.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Seriële block-face scanning elektronenmicroscopie (SBFSEM) maakt hoogresolutie, driedimensionale mapping mogelijk van de mitochondriale morfologie en ruimtelijke distributie binnen neuronale compartimenten. Deze capaciteit is essentieel voor het verminderen van risico's bij vroege ontdekkingshypothesen met betrekking tot mechanismen van neurodegeneratieve ziekten en voor het ondersteunen van de voorspellende betrouwbaarheid bij targetvalidatie. Het integreren van ultrastructurele beeldvorming in discovery-workflows verbetert de besluitvorming over portfolio's door kwantitatieve, ruimtelijk opgeloste gegevens over subcellulaire organellen te verschaffen.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt nauwkeurige analyse van de structuur-functierelaties van mitochondriën in neuronale modellen mogelijk.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door subcellulaire lokalisatie en morfologie in ziekterelateerde systemen te verduidelijken.
- Levert high-content data voor functionele targetvalidatie en mechanistische studies.
Screening & Assayontwikkeling
- Faciliteert de preparatie van gevalideerde neuronale weefselsystemen voor downstream compoundscreening.
- Levert reproduceerbare, kwantitatieve imaging-outputs voor assay-standaardisatie.
- Ondersteunt schaalbaarheid en platformhergebruik door consistente 3D-reconstructies over monsters mogelijk te maken.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt mitochondriële fenotypes aan ziekte-relevante biomarkers in preklinische modellen.
- Maakt continuïteit mogelijk van discovery-imaging naar translationele studies van neuronale gezondheid en disfunctie.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door mechanistische inzichten in mitochondriële pathologie te verschaffen.
Integratie van Pipeline & Workflow
SBFSEM-beeldvorming bevindt zich op het snijvlak van vroege ontdekking en preklinisch onderzoek, waarbij hypothese-gestuurde studies worden verbonden met kwantitatieve morfologische analyse.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen en pathway-verduidelijking door de mitochondriale architectuur in situ te visualiseren.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve 3D-beeldgevingsresultaten voor de ontwikkeling en validatie van assays.
- Analytics: Maakt meting van mitochondriale morfologie, ruimtelijke distributie en compartimentele relaties mogelijk voor comparatieve analyse.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt subcellulaire beeldgevingsgegevens met preklinische biomarkerstrategieën wanneer de relevantie voor ziekten is vastgesteld.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar beeldgevings- en analyseplatform voor diverse neuronale en weefselmodellen.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van neuronale targets.
- Operationele waarde: Standardiseert imaging-workflows met een hoge resolutie voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen en vermindert biologische risico's in een laat stadium door middel van kwantitatieve ultrastructurele gegevens.
- Impact op portfolio: Maakt risicogewogen prioritering van neurobiologische targets en modellen mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in elektronenmicroscopie en software voor beeldanalyse.
- Vereist toegang tot SBFSEM-instrumentatie en computationele infrastructuur voor 3D-reconstructie.
- Noodzaakt standaardisatie van monstervoorbereiding en beeldvormingsprotocollen over teams heen.
- Aanpassing aan verschillende neurale of weefselmodellen kan protocoloptimalisatie vereisen.
- Beelduitlijning en verwerkingsstappen moeten strikt worden gecontroleerd om de datakwaliteit te waarborgen.
Veelgestelde vragen over biofarmacie
Gerichte studies met behulp van seriële blokkering en gerichte ionen straal scan elektronenmicroscopie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Mitochondriën en Endoplasmisch reticulum beeldvorming door Correlatief licht en volume elektronenmicroscopie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Serial Block-Face Scanning Electron Microscopie (SBF-SEM) van biologische weefselmonsters
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Gericht Ion Beam Frezen en Scanning Electron Microscopy van hersenweefsel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Neuromodulatie en Mitochondriale Transport: Live Imaging in hippocampale neuronen dan lange duur
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy for 3D Reconstruction of Synaptically Linked Neurons
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Confocal Imaging of Mitochondrial Movement within Oligodendrocytes in Organotypic Brain Slice Cultures
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Analyse van de Brain Mitochondriën gebruik van Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBEM) voor de studie van dendritische stekels
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een driedimensionale techniek voor de visualisatie van mitochondriale ultrastructurele veranderingen in pancreaskankercellen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026