Sinkrotron-X-ray tomografi Sub-mikron Çözünürlük ile Non-invaziv 3D Görselleştirme
27 Mayıs 2008
Biz non-invaziv 0.7μm piksel çözünürlüğe sahip 3D tomografik veri setleri üretmek için Avrupa Sinkrotron Radyasyon Tesisi (ESRF) sinkrotron X-ışını tomografisi kullanılır. Volume rendering yazılımı kullanarak, bu histolojik kesit tarafından üretilen eserler olmadan kendi doğal devlet iç yapıları yeniden inşası sağlar.
Hello.My isim, Tubing Üniversitesi'ndeki Yarasalar Laboratuvarı'ndan Michelle Ov ve bu sunumda, mikron altı çözünürlüğe sahip senkrotron X-ışını tomografisi kullanılarak mikro AHR putlarının iç organizasyonunun invaziv olmayan üç boyutlu görselleştirmesi hakkında konuşmak istiyorum. Üzerinde çalıştığımız model sistem, vücut büyüklüğü 800 mikron ile bir milimetre arasında değişen bir mikro COLYER AHR çıkışı olan yörüngeli akar Aus Long osis'tir. Bu, alglerle beslenen hayvanları görebileceğiniz tüm laboratuvar kültüründen alınmış bir resim.
Argos'un iç organizasyonunu incelemek için, SRF ve Grable'da tomografik VOX verileri üretmek için senkrotron x-ışını radyasyonu kullanıyoruz. Burada büyük saklama halkası ile ESRF'nin bir resmini görüyorsunuz ve sağ üst köşede halkanın dışında bulunan ID 19'un deney salonunu görüyorsunuz Ölçümler için numuneler kritik olarak sağa dönüktü ve süper yapıştırıcı kullanılarak plastik pimlere monte edildi. Deneyler 20.5 KEV'de gerçekleştirildi ve rekonstrüksiyonlar için 1.500 projeksiyon alındı.
Burada ortak çalışan bir CCD çipi, 14 bit dinamik aralık ve dört megapiksel ile kamerayı görüyorsunuz. Bu resmin altında gösterilen simülatör, x-ışınlarını görünür ışığa çevirir. Bu, numune tutucunun ve döndürme tablasının yakın çekimidir.
Numune, numunenin ışın içinde uygun bir şekilde yönlendirilmesini sağlamak için Goya metre kafasına monte edilir. Deney düzeneğinin ayrıntılı bir açıklaması 2007 yılında Journal of Microscopy'deki makalemizde verilmiştir. Bu sunumda, Fiji Studio Max yazılımını kullanarak üç boyutlu görselleştirme ile ilgili veri analizörlerine odaklanacağım.
İlk olarak, örnek bilgileri çıkarmak için gri değerleri arka plandan nasıl kaldıracağınızı göstereceğim. Histogramda, esas olarak arka plandaki gri değerlere ait olan büyük bir tepe görürsünüz. Bu tepe noktasını histogramdan çıkardıktan sonra, örneğin gri küpten çıktığını görebilirsiniz.
Daha sonra, anahtar çerçeveleyici VG stüdyosunu kullanarak nesneyi nasıl döndüreceğinizi göstereceğim. Max'in önceden tanımlanmış bir dizi kamera yörüngesi vardır. Burada dikey X'lerin etrafında dönüş oluşturmak için XY dairesini kullanıyorum ve bu son animasyon.
Hayvanın arka tarafındaki büyük yapı, süper yapıştırıcının yüzeyine karşılık gelir. Şimdi size, numunenin iç organizasyonuna üç boyutlu bir bakış atabilmek için sanal bir kesme düzleminin nasıl ayarlanacağını göstereceğim. Bir kesme düzleminin önden gerçek coşkuyla ayarlanabileceği üç yönelim vardır.
Burada ön düzlemi kullanıyorum ve hayvanın ortasında bir yerde, bu kesme düzleminin statik olması gerekmeyen bir bölgede bir kesme pozisyonu buluyorum. Yine, anahtar çerçeveleyici kullanılarak herhangi bir eksen boyunca hareket ettirilebilir. Bu örnekte, kesme düzlemini numunenin uzunlamasına bir ekseni boyunca hareket ettirmek için önceden ayarlanmış klip Z'yi kullanıyorum ve son animasyon adım adım böyle görünüyor, tüm iç yapıların 3B organizasyonunu yalnızca 0,7 mikronluk bir P çözünürlüğü ile görebilir ve takip edebilirsiniz.
Önceden tanımlanmış kamera yörüngelerinin yanı sıra, kullanıcıya özel kamera yolları oluşturmak da mümkündür. Bunu yapmak için, ücretsiz kamera bakış modunu seçin ve kamerayı ve sanal lensin odak mesafesini istediğiniz herhangi bir konuma ayarlayın. Adım adım, herhangi bir karmaşıklıkta bireysel bir yolu takip etmek için yeni kamera konumları tanımlanabilir.
Sol üstteki 3D pencere, tüm kamera ayarlarının etkisini gerçek zamanlı olarak gösterir. Son örnek, sizi hayvanın tüm sindirim sistemini takip eden sanal bir uçuşa çıkarıyor. Burada gma, kömür ocağı, labrum ve rotella'nın bazı kısımlarını görüyorsunuz.
Yaklaşıyoruz ve hayvanın ağzına giriyoruz. Burada sırt tarafında PHN'leri görebilirsiniz. Şimdi ventriküle girmek için yemek borusundan geçiyoruz.
Perçinlenmiş akarlarımızın iki büyük keri vardır. Bunlar sindirim fonksiyonu olan benzer yapılardır. Doğru seum'a giriyoruz.
Küçük açıklığı sayesinde çok sayıda IDE hücresi görebilirsiniz. Bunlar sindirimde önemli bir rol oynar, ancak tam işlev ve mekanizma henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Ventriküllere geri döndüğümüzde, ventriküllerin ve kolonun tam sınırında, bir dakika önce ventriküllere gerçekten girdiğimiz Isal valf olan belirli bir yapı görüyoruz.
Sıkıştırılmış ve atrofik zarla çevrili bir yiyecek boğası görebilirsiniz. Yiyecek bolusunun arkasında bir dışkı paleti görüyorsunuz. Şu anda bu FE paletinde uçuyoruz.
Daha sonra kısa inter kolon'u geçtik ve post kolona girdik. Burada büyük ve karakteristik mikrobiyal olarak görüyorsunuz. Son olarak, burada belirli hayvan plakalarının iç yüzeyini görebilirsiniz, tıpkı bir fe paleti gibi.
Sindirim sisteminden ayrılıyoruz. Şimdi hayvanın dış ventral tarafına kısa bir son bakış atıyoruz ve bir hayvan plakalarını, AAL plakalarını ve genital plakaları görüyoruz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, mikrop AHR çıktılarının iç yapılarını görselleştirmek için senkrotron X-ışını tomografisi kullanan non-invaziv bir yöntem sunar. Bu teknik, geleneksel histolojik yöntemlerle ilişkili artefaktlar olmadan yüksek çözünürlüklü 3D görüntüleme sağlar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Görüntüleme Teknikleri
- Mikrobiyoloji
Arka Plan
- Mikrop AHR çıktıları, ayrıntılı iç analiz gerektiren küçük organizmalardır.
- Geleneksel görüntüleme yöntemleri, gerçek yapıları gizleyen artefaktlar oluşturabilir.
- Senkrotron X-ışını tomografisi, yüksek çözünürlüklü bir çözüm sunar.
- Çalışma, bir model organizma olarak yörüngeli akar Aus Long osis'e odaklanır.
Çalışmanın Amacı
- Mikrop AHR çıktılarının iç yapılarını görselleştirmek.
- Senkrotron X-ışını tomografisinin etkinliğini göstermek.
- Bu küçük organizmaların organizasyonu hakkında bilgiler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Avrupa Senkrotron Radyasyon Tesisi (ESRF)’nde senkrotron X-ışını tomografisi.
- Numuneler kritik nokta kurutulmuş ve görüntüleme için monte edilmiştir.
- Görüntüleme, 1.500 projeksiyonla 20.5 KEV’de gerçekleştirilmiştir.
- Veri yeniden yapılandırması için hacimsel render yazılımı kullanılmıştır.
Ana Sonuçlar
- 0.7µm piksel çözünürlüğü olan 3D tomografik veri setleri üretilmiştir.
- Iç yapılar doğal hallerinde yeniden yapılandırılmıştır.
- Yöntem, histolojik kesitlemeden kaynaklanan artefaktları başarılı bir şekilde önlemiştir.
- Görselleştirmeler, mikro AHR çıktılarının organizasyonu hakkında yeni bilgiler sağlamıştır.
Sonuçlar
- Senkrotron X-ışını tomografisi, non-invaziv görüntüleme için güçlü bir araçtır.
- Teknik, küçük biyolojik yapıları anlamamızı geliştirir.
- Gelecekteki çalışmalar, bu yöntemi biyolojideki çeşitli uygulamalar için kullanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Non-invasive 3D visualization with sub-micron resolution enables detailed internal structural analysis of micro-scale biological systems without destructive sectioning. This approach supports target validation and mechanistic de-risking in early discovery by providing quantitative morphological data in native state. The method enhances predictive confidence for phenotypic screening and assay development in disease-relevant models where traditional histology fails due to sample size or preparation artifacts.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through 3D reconstruction of internal organ systems in micro-arthropod models.
- Operational Value: Provides non-destructive imaging for unique or limited samples, preserving material for downstream analyses.
- Predictive Value: Supports biological de-risking by visualizing functional anatomy and tissue organization without sectioning artifacts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative morphology datasets with 0.7µm pixel resolution for precise phenotyping and structural comparison.
- Operational Value: Enables standardized, reproducible volume rendering workflows using key-framed camera trajectories and virtual cutting planes.
- Assay Readiness: Facilitates visualization of complete organ systems (e.g., digestive tract) to inform biomarker selection and functional readout design.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Allows longitudinal tracking of internal structures in disease-relevant systems through animated 3D visualization.
- Mechanistic De-risking: Reveals hidden anatomical features (e.g., intracellular structures, valve mechanisms) to clarify pathophysiological pathways.
- Preclinical Alignment: Supports risk-adjusted advancement decisions by providing artifact-free structural validation across model systems.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows as a non-destructive imaging step following sample preparation and preceding functional assay development, enabling iterative design of target validation studies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by revealing internal organization of micro-scale biological systems.
- Screening: Delivers quantitative 3D outputs suitable for high-content screening platforms requiring sub-cellular resolution.
- Analytics: Enables extraction of morphometric landmarks and volumetric measurements for statistical comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by providing native-state structural data that correlates with functional phenotypes.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging capability for cross-project application in micro-organismal model systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by eliminating histological artifacts and preserving native ultrastructure.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized synchrotron protocols and software-driven visualization pipelines.
- Strategic Value: Reduces late-stage failure risk by enabling early detection of structural anomalies in lead candidate models.
- Portfolio Impact: Informs go/no-go decisions through reliable, quantitative structural data in disease-relevant micro-models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in synchrotron radiation safety, tomographic reconstruction, and volume rendering software (e.g., Fiji, VG Studio Max).
- Depends on access to synchrotron facilities (e.g., ESRF) with beamline capabilities for sub-micron resolution imaging at 20.5 keV.
- Necessitates cross-team standardization of sample preparation (critical point drying, mounting) and imaging parameters (1,500 projections, rotation protocols).
- Involves adaptation considerations for varying sample densities, cuticle hardness, and mounting media across micro-arthropod species.
- Limited by sample size constraints (<1 mm) and the need for radiation-stable specimens during prolonged beam exposure.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:18
Introduction
0:38
X-ray radiation tomographic measurements
2:08
Removing the background and extracting the sample information
2:38
Rotating the object using the keyframer
3:25
Setting the virtual plane
4:06
Moving the slice through the object using the keyframer
4:45
User specific camera paths
5:23
Following the digestive system through the whole animal
