Summary

二次元ガボールフィルタに基づく光散乱顕微鏡

Published: June 02, 2010
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Summary

我々は、単一の生細胞内で細胞内動態を測定するためのフィルタリングガボールのように基づいて、暗視野顕微鏡法を示しています。技術は、ミトコンドリアの断片化などの細胞小器官の構造の変化に敏感です。

Abstract

我々は、染色生細胞内で細胞小器官の形態と組織に起因する細胞内のテクスチャを測定することができる微細な楽器を示しています。提案された楽器は、オルガネラのサイズと形状のナノスケールの変化にラベルフリーの光学顕微鏡の感度を拡張し、そのようなプログラム細胞死や細胞のような基本的な生物学的プロセスを、根底にあるオルガネラダイナミクスに関する構造機能相関の研究を加速するために使用することができます。分化。顕微鏡は簡単に既存の顕微鏡のプラットフォーム上で実装することができますので、科学者が無制限にアクセスできる提案手法を実装して使用できる個々の研究室、に普及することができます。

提案手法は、2次元光ガボールフィルタを介して細胞を観察することによって、細胞下構造を特徴づけることができます。これらのフィルタは、ナノスケール(10のnmの)感度、非球状細胞内小器官の大きさや向きに関係する特定の形態学的属性と意味するように調整することができます。弾性散乱によって生成されたコントラストに基づいて、一方で、技術は、形態学的測定値を抽出する詳細な逆散乱モデル上または三重理論に依存しません。この手法は、したがって、正確な理論的なスキャッタ記述が容易に与えされていない非球面小器官に適用可能であり、その機能を評価するために染色生細胞内で取得することができる独特の形態学的パラメータが用意されています。テクニックは、離散物体の強度ではなく、変換するオブジェクトのフィールドを直接操作するという点でデジタル画像処理に比べて有利である。それは、高い画像のサンプリングレートに依存しないため、このように非常に高倍率デジタル画像の蛍光共焦点顕微鏡による個々のオルガネラのセグメンテーションと再構築を超えて細胞小器官の構造の研究を促進、急速に一度に細胞の数百の中で形態学的活性をスクリーニングするために使用することができます。ビューの限られたフィールドの。

このデモでは、方法論を説明するために海洋性珪藻からのデータを示す。我々はまた、メソッドが関連する生物学的な文脈に適用する方法のアイデアを与えるために生きている細胞から収集された予備的なデータを示しています。

Protocol

1。細胞が準備中前日に播種した細胞は、ミトコンドリアの蛍光イメージングのためのMitoTrackerにより緑で標識する必要があります。 MitoTrackerによりDMSO中で緑の4℃の冷凍庫から、あらかじめ作っておいた、と手で室温に暖かいの100μMのストック溶液を取り外します。また、ウシ大動脈内皮細胞(BAEC)° Cベンチトップウォーターバスで37〜また、以前に準備し、暖かい細胞培養?…

Discussion

方法は、例えば、粒子のサイズや向きをコード化することができるオブジェクトの収量形態学的地図上に記載。この構造情報は、いくつかの方法で使用することができます。

  1. それは特定の治療中に変更され、さらに特定の分子と生化学的アッセイでこれらの領域を分析are組織または細胞領域を識別するために、初期画面として使用することができます。
  2. それは、細胞内構造?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究ではマイクロミラーデバイスはN Boustanyにウィテカー財団の助成金RG – 02から0682によって賄われていた。進行中の作業は、N. Boustanyに助成NSF – DBI – 0852857によって運営されている。 RMパスターナックは、部分的にラトガース大統領大学院フェローシップによってサポートされていました。我々はまた、光のフィルタリング戦略に関する有用な議論のための我々の研究と博士DNのメタクサスで使用されているiBMK細胞のために博士E.ホワイトに感謝したいと思います。

Materials

Material Name Type Company Catalogue Number Comment
DMEM   Invitrogen   Low glucose DMEM
Liebowitz L15 medium   Invitrogen   Without phenol red
L-glutamine   Invitrogen    
Mitotracker Green   Invitrogen    
Bovine Brain Extract   Clonetics    
Fetal Bovine Serum   Gemini Biosciences    
Heparin   Sigma    
Staurosporine   Sigma    
Dymethylsulfoxide   Sigma    
Inverted microscope   Carl Zeiss Axiovert 200M  
DMD   Texas Instruments TI 0.7 XGA DMD 1100  
CCD   Roper Scientific Cascase 512B High (16 bit) dynamic range CCD
CCD   Roped Scientific Coolsnap cf  

References

  1. Pasternack, R. M., Qian, Z., Zheng, J. -. Y., Metaxas, D. N., White, E., Boustany, N. N. Measurement of Subcellular Texture by Optical Gabor-Like Filtering with a Digitial Micromirror Device. Optics Letters. 33 (19), 2209-2211 (2008).
  2. Pasternack, R. M., Qian, Z., Zheng, J. -. Y., Metaxas, D. N., Boustany, N. N. Highly sensitive size discrimination of submicron objects using optical Fourier filtering based on two-dimensional Gabor filters. Optics Express. 17 (14), 12001-12012 (2009).
  3. Zheng, J. -. Y., Pasternack, R. M., Boustany, N. N. Optical scatter imaging with a digital micromirror device. Optics Express. 17 (22), 20401-20414 (2009).

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Cite This Article
Boustany, N. N., Pasternack, R. M., Zheng, J. Optical Scatter Microscopy Based on Two-Dimensional Gabor Filters. J. Vis. Exp. (40), e1915, doi:10.3791/1915 (2010).

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