December 9th, 2011
Opisany jest cały proces od przygotowania próbki mózgu, przez seryjne obrazowanie przekroju za pomocą mikroskopu skaningowego Knife-Edge, aż po wizualizację i analizę danych. Ta technika jest obecnie używana do pozyskiwania danych o mózgu myszy, ale ma zastosowanie do innych narządów, innych gatunków.
Ogólnym celem tej procedury jest zademonstrowanie przygotowania próbek biologicznych do przekroju i obrazowania pod mikroskopem skaningowym z ostrzem noża lub KESM oraz wizualizacja wynikowych danych ze stosu obrazów. Osiąga się to poprzez utrwalenie, barwienie i osadzanie tkanki w celu przygotowania jej do obrazowania w KESM. Drugim krokiem procedury jest konfiguracja KESM oraz przeprowadzenie sekcji i obrazowania za pomocą zautomatyzowanego oprogramowania sterującego.
Powstałe obrazy są następnie rejestrowane i przycinane z odszumienia. Ostatnim krokiem jest załadowanie i eksplorowanie zestawów danych w internetowym atlasie i oprogramowaniu do wizualizacji 3D. Ostatecznie można uzyskać wyniki, które pokazują cały poziom mózgu, organizację neuronalną i naczyniową z rozdzielczością submikrometrową.
Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi mesos, takimi jak elektromikroskopia skaningowa z podstawą bloku szeregowego, jest to, że może ona obrazować znacznie większe objętości, choć w niższej rozdzielczości. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu konektomiki i neuronauki w ogóle. Metoda ta może zapewnić wgląd w strukturalną organizację mózgu, a także może być stosowana do innych układów narządów, takich jak płuca i nerki.
Aby rozpocząć tę procedurę, wypreparowany mózg myszy umieszcza się w szklanym słoiku zawierającym roztwór Golgiego Coxa. Umieść szklany słoik w lekkim, szczelnym pudełku w temperaturze pokojowej na 10 do 16 tygodni. Oddzielny etap utrwalania nie jest konieczny, ponieważ roztwór Golgiego Coxa działa jako utrwalacz.
Po 10 do 16 tygodniach następnego dnia przepłucz mózg w dejonizowanej wodzie przez noc w ciemności, zanurz wypłukany mózg w 5% roztworze wodorotlenku amonu w wodzie dejonizowanej na siedem do 10 dni w ciemności w temperaturze pokojowej. Po siedmiu do 10 dniach ponownie przepłucz mózg w dejonizowanej wodzie o temperaturze pokojowej przez cztery godziny. Następnie odwodnić mózg za pomocą stopniowanej serii alkoholi etylowych, pozostawiając go w każdym roztworze na 24 godziny, 50% etanolu i 70% etanolu w temperaturze czterech stopni Celsjusza i 85% etanolu.
Trzy zmiany 95% etanolu i cztery do pięciu zmian 100% etanolu w temperaturze pokojowej. Następnie umieść odwodniony mózg w acetonie i wykonuj trzy do czterech zmian przez jeden dzień. Następnie umieść mózg na noc w lodówce w każdej z tych mieszanin acetonu aite o stosunku aite do acetonu jeden do dwóch, jeden do jednego i dwa do jednego.
Na koniec włóż mózg w 100% do lodówki, wykonuj trzy zmiany za każdym razem przez noc. Leczony mózg jest następnie umieszczany w 100% aite i podgrzewany do 60 stopni Celsjusza przez trzy dni. Na koniec utwardzony blok próbki jest montowany na metalowym pierścieniu próbki, używając go do żywicy epoksydowej, a boki bloku przycina się w razie potrzeby, aby rozpocząć tę procedurę.
Upewnij się, że mysz jest głęboko znieczulona i nie reaguje na uszczypnięcie palca u nogi. Następnie perfunduj mysz trans serdecznie za pomocą soli fizjologicznej buforowanej fosforanem w temperaturze pokojowej, a następnie zimnego 4% buforowanego fosforanem para formaldehydu. Następnie przelej mysz roztworem 0,1% thi i zafarbuj w wodzie dejonizowanej.
Następnie umieść ciało w lodówce o temperaturze czterech stopni Celsjusza na 24 godziny. Po 24 godzinach wyjmij mózg z cielęcia i umieść go w świeżym roztworze 0,1% tioniny. Pozostaw mózg w temperaturze czterech stopni Celsjusza na siedem dni.
Po siedmiu dniach zatrzymaj i odwodnij mózg za pomocą stopniowanej serii alkoholi etylowych. W okresie sześciu tygodni, od trzech do pięciu dni w 50% etanolu, od siedmiu do 10 dni w 70% etanolu, około dwóch tygodni w 85% i 95% etanolu, a przez resztę czasu w 100% etanolu. Po trzech zmianach acetonu w temperaturze pokojowej mózg zostaje osadzony w erudycyjnym plastiku w piecu o temperaturze 60 stopni Celsjusza.
Aby rozpocząć procedurę barwienia sieci naczyniowej tuszem indyjskim, potwierdź brak odruchu wycofania palców, że mysz jest głęboko znieczulona. Następnie przeprowadź trans serdecznie mysz za pomocą buforowanej fosforanem soli fizjologicznej w temperaturze pokojowej, a następnie 10% neutralnej buforowanej forminy o temperaturze pokojowej. Perfuzja całego ciała solą fizjologiczną i utrwalaczem jest niezbędna do usunięcia krwi z układu sercowo-naczyniowego i naprawienia tkanek.
Następnie przetrzyj mysz 3,0 cm³ nierozcieńczonego atramentu indyjskiego. Z Indii atrament jest niezbędny do całkowitego wypełnienia układu naczyniowego układu sercowo-naczyniowego. Po usunięciu z myszy, powstały mózg jest odwadniany za pomocą serii stopniowanych alkoholi etylowych, a następnie zatapiany w erudycyjnym plastiku.
Postępując zgodnie z pokazanym wcześniej protokołem, aby skonfigurować KESM do obrazowania, włącz kamerę, oświetlacz i stolik, podnieś nóż i obiektyw. Następnie zainstaluj pierścień próbki. Następnie opuść obiektyw i nóż.
Zmierz wymiary próbki. Następnie utwórz plik konfiguracyjny dla kontrolera stolika KESM. Dwie aplikacje, podnieś nóż i cel KESM przed inicjalizacją etapu.
Uruchom drugi kontroler stopnia KESM i zainicjuj stolik. Następnie opuść nóż i obiektyw i włącz pompę. Ustaw ostrość obiektywu i aparatu, obracając pokrętło ostrości na pociągu optycznym i regulując pole widzenia kamery względem krawędzi noża.
Kliknij krok po kroku, aby sprawdzić kilka pierwszych kroków obrazowania i cięcia. Następnie kliknij przycisk Przejdź. Aby zainicjować obrazowanie i sekcje w celu przetwarzania obrazu.
Uruchom procesor stosu KESM, aby usunąć artefakt oświetlenia i znormalizować intensywność tła na wszystkich obrazach. Powtórz te czynności dla wszystkich podfolderów danych. Aby zobrazować dane za pomocą atlasu mózgu KESM, przejdź do tej witryny i wybierz odpowiedni atlas, aby przejść na inną głębokość.
Wybierz z menu rozwijanego, jak głęboko chcesz iść na każdym kroku, a następnie kliknij plus, aby zwiększyć lub minus, aby zmniejszyć głębokość Z. Inne opcje obejmują powiększanie lub nawigację za pomocą atlasu mózgu KESM. Użyj menu rozwijanego, aby dostosować numer nakładki i interwał nakładki, aby wizualizować dane za pomocą VIS lab.
Uruchom aplikację, utwórz nowy projekt. Projekt powinien obejmować skomponowanie 3D z plików 2D, zestaw macierzy świata, arytmetykę arytmetyczną oraz widok 3D połączony. W tej kolejności należy ustawić odpowiednie parametry, jak pokazano w widoku 3D, naciskając prawy przycisk myszy.
Poruszaj myszą, aby dostosować próg, regiony, które można przycinać. Zmieniła się orientacja, zmieniło się oświetlenie, a tło zostało włączone lub wyłączone. Reprezentatywne wyniki KESM są zilustrowane następującymi klipami wideo pokazanymi jako pierwsze to wizualizacje objętości KESM, całe stosy danych atramentowych Brain India dla zestawu danych naczyniowych, zaczynając od zbliżenia danych naczyniowych o szerokości około 100 mikronów.
Ten drugi klip KESM, całe dane atramentowe Brain India pokazują trzy standardowe widoki całego układu naczyniowego mózgu myszy, subspekty pobrane z danych o wysokiej rozdzielczości o szerokości około 10 milimetrów. Widok strzałkowy, widok koronalny i widok poziomy, a także przelot przez przekrój koronalny. KESM. Dane Golgiego z całego mózgu myszy są zilustrowane w tym klipie wideo, który pokazuje przelot wzdłuż trzech różnych płaszczyzn przekroju, zaczynając od widoku blokowego, a następnie widoku strzałkowego, widoku koronalnego i widoku poziomego.
Pokazane są następne szczegóły danych GoGy myszy KESM z całym mózgiem. Ten pierwszy klip wideo przedstawia komórki móżdżku i purkinjego. Ten drugi klip pokazuje korę mózgową i komórki parametaliczne.
Wreszcie KESM. Całe dane dotyczące mózgu są zilustrowane w tych dwóch klipach wideo. Najpierw pokazano zbliżenie danych NLE.
Ten drugi klip przedstawia trzy standardowe widoki całego mózgu myszy Miniatury danych Nle próbkowane z danych o wysokiej rozdzielczości. Przekrój poprzeczny jest również pokazany, aby zapewnić wyraźny widok na struktury wewnętrzne Po tym rozwoju. Technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny neurobiologii do zbadania sieci neuronalnych i naczyniowych w mózgu myszy.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć przygotowanie próbek, obrazowanie i analizę danych dla mikroskopu skaningowego z ostrzem noża.
Ten artykuł opisuje kompleksowy proces przygotowania próbek mózgu do obrazowania za pomocą mikroskopu skanującego krawędzią noża (KESM). Technika ta jest stosowana głównie do mózgu myszy, ale ma również zastosowanie do innych narządów i gatunków.
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.