Não-invasivo 3D Visualization com Sub-micron Resolução Usando Síncrotron-X-ray-tomografia

Summary

Usamos síncrotron tomografia de raios-X no Laboratório Europeu de Radiação Síncrotron (ESRF) para não-invasiva produzir conjuntos de dados 3D tomográficos com um pixel de resolução de 0.7μm. Usando software de renderização de volume, o que permite a reconstrução de estruturas internas em seu estado natural, sem os artefatos produzidos por corte histológico.

Abstract

Pouco se sabe sobre a organização interna de muitos micro-artrópodes com tamanhos de corpo abaixo de 1 mm. As razões para isso são o pequeno tamanho ea cutícula dura que o torna difícil de usar protocolos de histologia clássica. Além disso, o corte histológico destrói a amostra e portanto, não pode ser usado para o material original. Assim, um método não-destrutivo é desejável que permite visão interna de pequenas amostras sem a necessidade de corte.

Usamos síncrotron tomografia de raios-X no Laboratório Europeu de Radiação Síncrotron (ESRF) em Grenoble (França) para não-invasiva produzir conjuntos de dados 3D tomográficos com um pixel de resolução de 0.7μm. Usando software de renderização de volume, o que nos permite reconstruir a organização interna em seu estado natural, sem os artefatos produzidos por corte histológico. Estas datas podem ser usados ​​para a morfologia quantitativa, marcos, ou para a visualização de filmes de animação para compreender a estrutura de partes do corpo escondido e seguir sistemas de órgãos ou tecidos completa através das amostras.

Protocol

Animais utilizados neste estudo

Exemplares do ácaro oribatídeos partenogenéticos Archegozetes longisetosus (Acari, Oribatida) foram retirados de nossa cultura em laboratório. A cultura cresce em um gesso de Paris / mix de carvão vegetal (9:1) em frascos de plástico, no escuro constante em 20-23 ° C, com aproximadamente 90% da umidade do ar.

Preparação de amostras

1. Espécimes foram retirados a partir da cultura, limpo com um pincel fino e colocado em uma mistura de etanol 06:03:01 80%, de formaldeído 35% e 100% de ácido acético por 24 horas.
2. Posteriormente, as amostras foram desidratadas em uma série de etanol graduada de 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% e 100% com 3 alterações em cada concentração, e 10 min entre as etapas.
3. Finalmente, as amostras foram colocadas no ponto de etanol 100% durante a noite fresca e crítica secas em CO ₂ (CPD 020, Balzers). Amostras secas foram anexados à ponta de pinos plásticos (1,2 cm de comprimento, 3,0 mm de diâmetro).

Síncrotron de raios-X a tomografia

X-ray tomografia foi realizada na linha de luz ID19 (ESRF, Grenoble, França, experiência SC-2127).

1. As amostras foram montadas no porta-amostras e ajustada para uma posição central na viga.
2. As amostras foram medidas com uma energia de 20,5 keV. As radiografias foram gravados com um CCD refrigerado (ESRF Frelon câmera) com uma gama dinâmica de 14 bits, 2048 × 2048 pixels e um tamanho de pixel efetiva de 0,7 mM. 1500 foram registrados projeções sobre a rotação da amostra 180 ° com um tempo de exposição de 0,35 s para cada projeção. A distância detector-de-amostra foi de 20 mm.

Usando uma certa distância entre a amostra eo detector permite uma imagem diferencial de materiais com baixos coeficientes de atenuação de raios-X (Cloetens, et al. 1996), o que produziria contraste insuficiente em imagem de absorção (onde a amostra é localizado diretamente em frente ao detector ). Assuntos mais biológicos são objetos fase, composta de materiais com baixa absorção e / ou apenas pequenas diferenças no número atômico (Betz, et al. 2007). No entanto, a fase de maior tomografia exige uma coerência alta espacial de um feixe de raios-X homogênea. Portanto, a radiação síncrotron é mais adequado do que desktop-scanners para este tipo de medidas.

Análise de dados

1. As radiografias resultantes foram transformados em 2D para 3D de dados voxel (8 bits de cinza valores) com um algoritmo de retro-projeção filtrada (Cloetens, et al., 1997)
2. Os dados voxel foram analisadas com o software Max vgstudio 1.2.1. (Graphics Volume, Heidelberg, Alemanha).
3. Grey-valores do fundo foram retirados do histograma para visualização 3D.
4. Pré-definidos câmera caminhos foram usados ​​para gerar animações de rotação e planos de recorte animado.
5. Um user-defined caminho de câmera foi gerada a seguir o sistema digestivo de A. longisetosus.

Discussion

Nesta apresentação, nós nos concentramos na visualização 3D da anatomia interna de um chelicerate micro-artrópodes. O síncrotron de raios-X medidas permitem que um pixel de resolução de até 0.3μm, dependendo do tamanho da amostra. Aqui, mostramos dados com 0.7μm pixels de resolução. Geralmente, síncrotron tomografia de raios-X pode ser útil para analisar pequenas material biológico (ou tecidos), com atenuação de raios-X de baixa. O pixel de resolução quase alcança o de microscopia de luz convencional. A técnica pode ser aplicada a qualquer ...