Method Article

Metoda optycznego obrazowania zgodna z mikroskopią skaningową do mezoskopowego mapowania mózgu w całych komórkach

DOI:

10.3791/68814

⸱

February 20th, 2026

 ,  , 
1School of Biomedical Engineering (Suzhou), Division of Life Sciences and Medicine, University of Science and Technology of China, 2Anhui Province Key Laboratory of Biomedical Imaging and Intelligent Processing, Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center, 3Department of Biomedical Engineering, City University of Hong Kong, 4Institute for Brain and Intelligence, Fudan University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wprowadziliśmy nowatorską technikę obrazowania zwaną Optical Multilayer Interference Tomography (OMLIT), która umożliwia bezstronne obrazowanie wszystkich komórek w próbkach mózgu na mezoskali i może być płynnie zintegrowana z procesem obrazowania taśmowej szeregowej skaningowej mikroskopii elektronowej na tej samej próbce.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zrozumienie relacji strukturalnych i funkcjonalnych w złożonych sieciach neuronowych w mózgu wymaga stworzenia atlasów mózgu, które mają zarówno szerokie pole widzenia, jak i rozdzielczość subkomórkową. Jednak obecne metody obrazowania optycznego i mikroskopu elektronowego mają ograniczenia, co utrudnia obrazowanie wszystkich komórek w jednym próbku. Protokół ten wprowadza technikę obrazowania zwaną Optical Multilayer Interference Tomography (OMLIT), która umożliwia niedyskretne obrazowanie optyczne wszystkich komórek w próbkach mózgu pobranych po przygotowaniu próbki mikroskopii elektronowej, tworząc tym samym pełny atlas mózgu wszystkich komórek nerwowych. Ponadto obrazowanie OMLIT może być płynnie zintegrowane z procesem obrazowania w zautomatyzowanej ultramikrotomii ultramikrotomii skaningowej mikroskopii elektronowej (ATUM-SEM). Pozwala to badaczom na uzyskanie mezoskalowych informacji strukturalnych komórek przed mikroskopią elektronową, ułatwiając precyzyjny wybór obszarów zainteresowania i znacząco zmniejszając powierzchnię oraz objętość danych potrzebnych do obrazowania w mikroskopii elektronowej wysokiej rozdzielczości (EM). Zweryfikowaliśmy dokładność i kompatybilność tej metody w rzeczywistych próbkach z kory mózgowej dorosłych myszy, demonstrując jej szerokie możliwości zastosowania w wieloskalowej konstrukcji atlasu mózgu.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kompleksowe mapowanie obwodów nerwowych w rozdzielczości komórkowej i podkomórkowej jest niezbędne do ujawnienia struktury i funkcji mózgu. Tradycyjne metody obrazowania optycznego, takie jak mikroskopia dwufotonowa1, mikrooptyczna tomografia przekrojowa fluorescencyjna (fMOST)2,3,4 oraz system VISoR5, umożliwiły obrazowanie neuronów mezoskalowych oraz obrazowanie funkcjonalne in vivo. Jednak ze względu na uzależnienie od rzadkich znakowań nie udaje im się uchwycić całej populacji komórkowej. Z kolei techniki obrazowani....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie procedury na zwierzętach były wykonywane zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin oraz odpowiednimi przepisami krajowymi. Przygotowanie próbki do obrazowania OMLIT stosuje ten sam protokół co w konwencjonalnej EM, a konkretna procedura, którą zastosowaliśmy, została opisana w innym miejscu21. Krótko mówiąc, po znieczuleniu myszy były przezkardialnie perfuzowane kolejno buforem kakodylatowym sodu, sztucznym płynem mózgowo-rdzeniowym (ACSF) oraz ostatecznie fiksatorem zawierającym glutaraldehyd i paraformaldehyd. Mózg został starannie usunięty, a około 1 × 1 × 1 mm³ bloków tkanki mózgowej zostały prze....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cały proces działania protokołu (Rysunek 1) rozpoczyna się od przygotowania różnych taśm zbiorczych. Rysunek 1 pokazuje trzy typy taśm wymienione w protokole (od lewej do prawej: Kapton, D-50 oraz PET pokryty CNT), które wykazują odrębne właściwości optyczne po umieszczeniu na tym samym podłożu tła. Po przygotowaniu próbki i przycięciu bloków należy najpierw pobrać kilka sekcji do obrazowania mikroskopem elektronowym, aby upewnić się, że przygotowanie spełnia oc.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opracowaliśmy tutaj podejście optyczne, nazwane OMLIT, które umożliwia obrazowanie mezoskopowe i jest kompatybilne z procesami pracy w seryjnej mikroskopii elektronowej opartej na taśmie. Dzięki metodzie OMLIT mikroskopia optyczna może być wykorzystywana do rejestrowania mezoskopowych cech strukturalnych z próbek mózgu, w tym naczyń krwionośnych, ciał komórkowych, jąder, głównych gałęzi dendrytycznych oraz niektórych dużych mielinizowanych aksonów. Ponadto OMLIT może być płynnie zintegrowany z szeregowym pipeline'em SEM,.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prace te zostały wsparte przez Narodową Fundację Nauki Chin (32271430, 62361166631) oraz Ministerstwo Nauki i Technologii Chin (2023YFF0715904). Dziękujemy Publicznemu Centrum Technicznemu Instytutu Inżynierii Biomedycznej i Technologii w Suzhou oraz Ośrodku Obrazowania Mózgu Instytutu Sztucznej Inteligencji, Hefei Comprehensive National Science Center, za ich wsparcie w zakresie OMLIT i seryjnego obrazowania EM.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Taśma klejąca3MB5005094008Klej dwustronny
Mikroskop sił atomowychBrukerIkona Wymiaru
Automatyczny system zbierania ultracienkich przekrojów;LehuaAutoCUTS II
Przewodząca taśma klejącaTed PellaFP16084-8
Dektak Stylus ProfilersBrukerDektakXT
Nóż diamentowy do krojonowaniaDiatomaDUJ3530Nóż Diatome Jumbo
Nóż diamentowy do przycinaniaDiatomaDTB90Szklany nóż
Mikroskop elektronowyZeissMultiSEM505Alternatywa: GeminiSEM 300, Zeiss
FIJI (v1.54p, 64-bit)  Open sourcehttps://fiji.sc
Nóż do przycinania szkłaWłasnoręcznie zrobione
Cytrynian ołowiuLeicaT534/2
Mikroskop świetlnyOlympus VS200Alternatywa: Axio Imager. A2 Vario, Zeiss
mikroskop świetlny Zeiss  Axio Imager.A2 Vario
Oczyszczacz plazmowyYidon TechnologiesHydro-S4Alternatywy: Ted Pella Pelco lub inne środki do czyszczenia plazmy laboratoryjnej
Taśma polimerowaMeltonKaptonStrona internetowa firmy nie jest już dostępna. Zalecamy, aby badacze wypróbowali lokalnie dostępne taśmy KAPTON.
Taśma polimerowaTeijinPEThttps://www.teijin.com/
Taśma polimerowaTeijinD-50https://www.teijin.com/
Płytka krzemowaSaichi912303Płytka jest wypolerowana z jednej strony.
Sutter Coater LeicaACE600Alternatywa: Podwójny Sutter, Yujie
UltramikrotomLeicaUC7Alternatywa: RMC PT-PC
UranylacetateEMS22400
VAST (v1.5.0, 64-bitowy)Instytut Medyczny Howarda Hughesahttps://software.dvid.io/vast/VAST A1:D32Lite to bezpłatne narzędzie do ręcznej adnotacji i segmentacji dużych zbiorów danych mikroskopii 3D.
Oprogramowanie ZEN (v3.2, 64-bit)Zeisshttps://www.zeiss.com/microscopy/zh/products/software/zeiss-zen.html

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Economo, M. N., et al. A platform for brain-wide imaging and reconstruction of individual neurons. eLife. 5, e10566(2016).
  2. Gong, H., et al. Continuously tracing brain-wide long-distance axonal projections in mice at a one-micron ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Optical Multilayer Interference TomographyScanning Electron MicroscopyBrain Atlas MappingConnectomics ImagingAutomated Tape UltramicrotomyMesoscopic Brain MappingElectron Microscopy ImagingMouse Cerebral CortexManual SegmentationThree Dimensional Visualization

Related Articles