Este relatório descreve um protocolo de preparação de amostras e condições específicas de imagem para a realização de tomografia eletrônica de transmissão de varredura de espécimes biológicos espessos.
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Artigo de método
Este relatório descreve um protocolo de preparação de amostras e condições específicas de imagem para a realização de tomografia eletrônica de transmissão de varredura de espécimes biológicos espessos.
Este relatório descreve um protocolo para preparar espécimes biológicos espessos para observação posterior usando um microscópio eletrônico de transmissão de varredura. Também descreve um método de imagem para estudar a estrutura 3D de espécimes biológicos espessos por tomografia eletrônica de transmissão de varredura. O protocolo de preparação da amostra é baseado em métodos convencionais nos quais a amostra é fixada usando agentes químicos, tratada com um agente contrastante de sal de átomo pesado, desidratada em uma série de banhos de etanol e embebida em resina. As condições específicas de imagem para observar amostras espessas por microscopia eletrônica de transmissão de varredura são então descritas. Seções da amostra são observadas usando um método de foco que envolve a coleta de várias imagens em vários planos focais. Isso permite a recuperação de informações em foco em várias alturas ao longo da amostra. Esse padrão de coleta específico é realizado em cada ângulo de inclinação durante a coleta de dados da tomografia. Uma única imagem é então gerada, mesclando as informações em foco de todos os diferentes planos focais. Um conjunto de dados clássico da série tilt é então gerado. A vantagem do método é que o alinhamento e a reconstrução da série de inclinação podem ser realizados usando ferramentas padrão. A coleta de imagens através da focal permite a reconstrução de um volume 3D que contém todos os detalhes estruturais da amostra em foco.
Desde o início da década de 1970, a tomografia abordagens em microscopia electrónica de transmissão (MET) têm sido amplamente utilizados para a caracterização estrutural de espécimes biológicos 1, 2, 3. O recurso de tomografia electrónico de transmissão mostrou que poderia ser usado para estudar uma vasta gama de estruturas biológicas em escala nanométrica, a partir da arquitectura das células e a ultra-estrutura de organelos para a estrutura dos complexos macromoleculares e as proteínas. No entanto, a tomografia electrónica de transmissão não pode ser usado para estudar amostras muito espessos (mais do que 0,5 micron). De fato, as amostras de espessura produzir muitos elétrons dispersos, gerando imagens de baixa relação sinal-ruído (SNR). Além disso, a tomografia envolve a recolha de imagens de espécimes inclinado, com a espessura aparente da amostra aumenta com o ângulo de inclinação. Apesar de dispersão não elástica pode ser filtradausando filtros de energia, a quantidade crítica de elétrons necessários para imagens de alta SNR é mal chegou na TEM. Assim, amostras biológicas de espessura única têm sido estudados utilizando seccionamento 4.
Algumas amostras não pode ser cortado: alguns podem degradar quando são cortadas, e outros precisam ser estudados na sua totalidade, a fim de compreender a sua complexidade. Uma abordagem alternativa é usar TEM no modo 5, 6, 7, 8 digitalização. Em microscopia de varrimento electrónico de transmissão (STEM), o percurso óptico de electrões é diferente do que no TEM convencional. Os electrões passam através da amostra sem dispersão pode ser recolhida no eixo óptico com um de campo claro (BF) detector de 9, ao passo que as dispersa elasticamente podem ser recolhidos a um certo ângulo a partir do eixo óptico com um detector de campo escuro (DF).A outra vantagem da haste é que o feixe de electrões focado é digitalizado na superfície da amostra, permitindo a recolha de pixel-a-pixel da imagem. Mesmo que o feixe de electrões expande ao passar através da amostra 10, este sistema de recolha em particular é menos sensível aos electrões inelasticamente dispersos do que MET convencional. Além disso, não há nenhuma lente de pós-espécime em STEM, evitando-se assim as aberrações cromáticas que podem ocorrer em MET. O comprimento da câmara pode ser ajustado de modo que o detector detecta BF principalmente electrões não dispersa. Usando o detector DF para estudar amostras de espessura não é recomendado por causa da dispersão múltipla, que produz imagens imprecisas. Em vez disso, o detector pode ser usado BF 11. Enquanto STEM pode produzir imagens de alta SNR, tem uma relativamente baixa profundidade de campo por causa da convergência relativamente elevado feixe comparação com TEM, diminuindo a quantidade de informações detalhadas que podem ser recuperados a partir de espessuraespécimes. No caso dos microscópios STEM corrigiu-aberração, onde o ângulo de convergência pode ser tão alta quanto 30 mrad, a profundidade de campo-pode ser baixa o suficiente para que a informação que está em foco origina de um plano focal de apenas alguns nanômetros . Configurando o feixe de elétrons em modo paralelo aumenta a profundidade de campo do feixe de elétrons em detrimento da resolução 12. No entanto, esta configuração não é sempre possível.
Sempre que é necessário utilizar um feixe de electrões convergente, deve-se usar técnicas que melhoram a profundidade de campo do feixe de electrões quando estudar amostras grossas. Estudos recentes têm relatado a aquisição de imagens múltiplas em vários planos focais em toda a amostra para recuperar o máximo de informações em foco 13, 14. Os dois estudos descrevem maneiras diferentes de lidar com as informações dos diferentes planos focais. Hovden et ai.combinado no espaço Fourier das imagens que foram recolhidos em vários planos focais, ea reconstrução final foi obtido directamente a partir da inversa 3D transformada de Fourier 13. Em contraste, Dahmen et ai. desenvolveu um motor de reconstrução feixe convergente para reconstruir no espaço real o volume 3D dos vários planos focais 14. O nosso laboratório também desenvolvido um método para imagiologia de espécimes biológicos grossas. Nossa estratégia era diferente dos dois métodos descritos acima, em que fundiu as informações que está em foco nos vários planos focais e reconstruído o volume 3D final em espaço real usando um projetor de feixe paralelo 15. O nosso objectivo foi desenvolver um método que pode ser facilmente realizado em qualquer laboratório microscopia electrónica. Para este fim, o nosso objectivo de recolher as imagens focais em uma quantidade limitada de tempo, comparável com o período de tempo de experimentos de tomografia convencionais. Além disso, o nosso método proposto could ser adaptada para uso com diferentes tipos de software de alinhamento e de reconstrução.
No contexto da nossa publicação a partir de 2015 15, que queria para visualizar e caracterizar a recuperação da profundidade de campo, por isso usamos uma grande convergência semi-ângulo de 25 mrad. Aqui, nós apresentamos um protocolo passo-a-passo para a execução através de imagiologia-focal em espigão de acordo com o método desenvolvido no nosso laboratório em 2015 15, e que apresentam a forma como os dados a partir de 2015 foi processada. Este método recupera informação de focagem a partir de vários planos focais ao longo de um (750 nm) da amostra biológica de espessura e permite reconstruções 3D de alta qualidade. Se for caso disso, as diferenças de metodologia em relação aos métodos utilizados por outros grupos também são apresentados.
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Cuidado: Consulte as fichas de segurança (MSDS) dos vários reagentes antes de usá-los. Vários dos produtos químicos utilizados durante a preparação da amostra são tóxicas, cancerígenas, mutagénicas e / ou tóxicas para a reprodução. Use equipamento de protecção individual (luvas, jaleco, calças compridas e sapatos fechados) e trabalhar sob um exaustor durante o manuseio da amostra. Seccionamento da amostra com um ultramicrotome envolve o uso de instrumentos cortantes, e uso cuidadoso dessas ferramentas é obrigatória. Nos passos descritos abaixo, os autores assumem que a amostra é uma amostra de cultura de células. O protocolo pode necessitar de ser modificada de acordo com o tipo de amostra, especialmente os passos de centrifugação.
1. Preparação de buffers e misturas
2. Fixação e coloração da Amostra
A desidratação 3. Amostra
4. Resina Embedding
5. Resina de polimerização
Seccionamento 6. Amostra
7. Desenho do meio-focal Tilt-series


Imagem 8. Amostra
NOTA: é para além do âmbito deste protocolo para descrever como configurar um microscópio eletrônico no modo STEM; a maioria desta informação pode ser encontrada in o manual de referência fornecido pelo fabricante do microscópio eletrônico. No entanto, observe o seguinte: i) o tamanho do ponto deve ser escolhido de acordo com a ampliação desejada; ii) o Ronchigram deve ser bem alinhados; e iii) no modo de BF, o comprimento da câmara deve ser ajustado para seleccionar electrões não dispersa mantendo ao mesmo tempo uma boa iluminação do detector. secções de resina depositados em grades de cobre de microscopia eletrônica deve ser iluminado antes de aquisição de imagem para evitar o encolhimento. encolhimento resina e efeitos de carregamento pode ser confundido durante a aquisição de imagem. O uso de uma abertura lente objetiva pode melhorar a estabilidade da amostra quando ocorrem efeitos de tarifação. No entanto, no caso específico de configurações STEM, a abertura objectivo não é compatível com o modo de imagem HAADF, e muito pequenas aberturas objetivos não são compatíveis com o modo de imagem BF.
Processamento 9. Imagem
NOTA: Neste protocolo, o processamento da série de inclinação por meio-focal é realizada utilizando ImageJ plugins 17. Dados Suplementar 1 mostra um macro ImageJ para a etapa de alinhamento (Turboreg) e para mesclar informações em foco (profundidade de campo estendida) para um tilt-série através de-focal projetado com três valores de foco.
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Em nosso estudo, os elétrons foram acelerados a 200 kV na emissão de campo microscópio eletrônico de transmissão arma. As imagens foram coletadas no modo STEM BF usando um tempo de permanência de 20 uS. Quanto ao design do tilt-série através de-focal, descobrimos que os intervalos de focagem de 150 nm deram resultados satisfatórios para o estudo ultra-estrutural de uma amostra-even 750 nm de espessura biológica que a profundidade de campo-do feixe de elétrons foi apenas 3 nm-desde que us...
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Neste artigo, apresentamos um protocolo de preparação da amostra convencional, juntamente com um guia passo-a-passo para a realização de análise 3D em amostras biológicas de espessura usando STEM tomografia meio-focal. Resina incorporação de espécimes biológicos tem sido usado por décadas 26 e protocolos alternativos que são adaptados a diferentes tipos de amostras podem ser encontrados em toda a literatura 27. Em contraste, a imagem espécimes de espessura em STEM usando m...
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Não temos conflito de interesses a divulgar.
Este trabalho foi financiado por duas bolsas ANR (ANR-11-BSV8-016 e ANR-10-IDEX-0001-02). Também agradecemos ao PICT-IBiSA por fornecer acesso a equipamentos de imagens químicas.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Tampão fosfato Salino | Sigma-Aldrich | P4417 | |
| Etanol | Sigma-Aldrich | 2860 | |
| Resina epóxi | EMS | 14120 | |
| Paraformaldeído | Sigma-Aldrich | P6148 | Adicione pó de paraformaldeído ao PBS aquecido a aproximadamente 60 °C. Aumente o pH adicionando 1 N NaOH até que nenhum pó de PFA seja visível. |
| Glutaraldeído | Sigma-Aldrich | G5882 | |
| Tetróxido de Ósmio | EMS | 19150 | |
| Acetato de Uranila | Sigma-Aldrich | 73943 | |
| Cápsula de Gelatina | EMS | 70110 | |
| Facas de corte e Histo | Distribuição LFG Facas | de diamante Diatomáceas | |
| Microscopia eletrônica Grade de cobre Distribuição | LFG Caneta | de revestimento de grade G200- | |
| Microscópio | |||
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