Информация

Изображения с висока разделителна способност in vivo

Изображения с висока разделителна способност in vivo


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Има ли някакви методи или техники за микроскопия за in vivo изображения с по-висока разделителна способност от граница на дифракция?

Гледах този списък: микроскопия със супер резолюция, но те не говорят за това in vivo изобразяване.


В лабораторията на Маркус Зауер във Вюрцбург е имало експерименти с Live-cell dSTORM със SNAP-tag слети протеини. Ако използвате физиологичната дефиниция на in vivo, почти съм сигурен, че някои от моите колеги са измервали на живи организми. Това обаче е в процес на работа и не е напълно публикувано; ако се интересувате, трябва да попитате директно Маркус Зауер.

Можете да използвате подобните на dSTORM техники (STORM, dSTORM, GSDIM, RPM и др.) в живи клетки, защото химическата среда в клетката е благоприятна и редокс системата на клетката работи за вас. Основният проблем е да вкарате флуорофорите в клетката, но SNAP-таговете могат да ви помогнат да го направите.

Като един от съавторите мога да ви кажа, че живата клетка беше известна болка, но значително по-малко от това да задействате микроскопията за 3D локализация.

PALM е различна история, защото обикновено имате по-дълги времена за придобиване. STED е труден: Ако клетката не е била мъртва преди, STED лъчът ще гарантира, че е така, или чрез интензитета, или чрез достатъчен дисбаланс на химическата среда. Може да имате изображението си, преди клетката да умре, или може би не.


Откакто беше зададен въпросът, областта отбеляза огромен растеж и дори беше присъдена Нобелова награда за микроскопия със супер разделителна способност. Тъй като други отговори вече засягат как STED, PALM, STORM могат да помогнат, бих говорил за разширителната микроскопия (ExM) и как тя наскоро се използва за изобразяване на непокътната мозъчна тъкан на зебра и гаструлиращи ембриони на данио [Freifeld et al.]. Тъй като оптичната разделителна способност е ограничена от дължината на вълната на светлината, която се дифрагира, ако обектът, който се изобразява, е по-малък от дължината на вълната на светлината (~ 300 nm). За да изобразим малък обект, какво ще стане, ако можем да увеличим самия обект, за да преминем дифракционната бариера? Това е направено от екип от изследователи в Масачузетския технологичен институт, който е изобразил мозъчната тъкан на мишката през 2015 г. [Chen et al.].

Chen et al. са решили този проблем, като усвояват мозъка на мишката, след като го трансформират в полимерен гел, но преди да предизвикат разширяване на матрицата. Но как може да се изследва мозък, в който всички неврони са изчезнали? Тук се появи втора идея: за някои въпроси би било достатъчно да се проучи „сянка“ на мозъка в полимерната матрица. Това беше постигнато чрез първо маркиране на интересни молекули в неврони с антитела. След това антителата бяха белязани с флуоресцентни маркери, които се свързват както с антителата, така и с матрицата. След това мозъкът се усвоява и матрицата се разширява. Флуоресцентните невронни сенки също се разширяват и могат да бъдат изследвани в „супер разделителна способност“. Chen et al. по този начин може да увеличи размера на пробата с около 5 фактор, като същевременно запазва общата морфология и може да визуализира култивирани неврони и мозъчни резени при 70-nm резолюция. Това им позволява да наблюдават протеини, локализирани в синапсите.

Най-хубавото е, че конвенционалните конфокални микроскопи могат да се използват за изобразяване на тези увеличени проби, така че скоростта на изобразяване също е добра.

  • Freifeld, L., Odstrcil, I., Förster, D., Ramirez, A., Gagnon, J.A., Randlett, O.,… & Martin-Alarcon, D.A. (2017). Разширителна микроскопия на риба зебра за невронауки и изследвания на биологията на развитието. Известия на Националната академия на науките, 114(50), E10799-E10808.
  • Чен, Ф., Тилбърг, П. В., и Бойдън, Е. С. (2015). Разширителна микроскопия. Наука, 347 (6221), 543-548.

Всякакви техники за свръхрезолюция, разчитащи на стохастично вземане на проби (напр. PALM, STORM), са изключително трудни за изпълнение in vivo, тъй като тъканта ще се движи (например поради дишане) и това би попречило много на реконструкцията на изображението.

Очевидно може да е възможно да се направи това със STED, но не можах да намеря свързаната статия*, въпреки че същите автори наскоро публикуваха интересна работа за живи мозъчни резени.

* Имайте предвид, че изображенията в тази статия идват от тази статия, което не е направено in vivo.

Благодаря на @vkehayas, че посочи, че in vivo STED е направена например тук Наноскопия в мозъка на жив мишка


да. Преди десетилетие работих върху софтуер за микроскоп, който прави това, което искате.

Ето как изглежда продуктът след 12 години разработка.

Той е оптичен, но вместо това създава Z карта, ако изображение, и има разделителна способност е порядък под границата на дифракция: http://www.amphoralabs.com/production/10404/10708


Пробив в изображенията със супер разделителна способност в живите клетки

Учените от Единбург са разработили нова техника за изобразяване, която разкрива вътрешната работа на живите клетки в зашеметяващи детайли и може да проправи пътя към по-добро разбиране на много заболявания.

Новата техника за изображения със супер разделителна способност - LIVE-PAINT - осигурява гъвкав и мощен начин за проследяване на отделни протеини вътре в живите клетки, без да се нарушава тяхната активност.

Напредъкът, променящ играта, може да доведе до нови прозрения за болестите, като разкрие поведението на протеините, участващи в болестните процеси и тези, които са от съществено значение за здравето.


Абстрактно

Разработихме метод за ултразвуково изобразяване със супер разделителна способност, който разчита на нов клас мигащи контрастни вещества с размер на нанометър: лазерно активирани нанокапчици (LANDs). LANDs могат да бъдат многократно оптически задействани, за да бъдат подложени на изпаряване, като получените пространствено стационарни, временно преходни микромехурчета осигуряват висок ултразвуков контраст за няколко до стотици милисекунди, преди да се кондензират до тяхното естествено течно състояние на нанокапчици. Чрез заснемане на ултразвукови изображения с висока честота на кадрите на мигащи LANDs, ние демонстрираме способността да откриваме отделни събития на рекондензация. След това прилагаме новоразработен алгоритъм за обработка на изображения със супер разделителна способност, за да локализираме позициите LAND in vivo почти с порядък по-добре от конвенционалните ултразвукови изображения. Тези резултати проправят пътя за молекулярно изобразяване с висока разделителна способност дълбоко в тъканите.


In vivo Imaging

Представяме две НОВИ системи в семейството на IVIS ® Lumina ™ предклинични in vivo инструменти за изображения, IVIS Lumina S5 и Lumina X5. IVIS Lumina S5 2D оптична система за изображения съчетава високочувствителни оптични и патентовани възможности за спектрално несмесване в система с висока пропускателна способност. IVIS Lumina X5 има всички характеристики на S5 с интегрирана рентгенова снимка с висока разделителна способност.

IVIS Lumina S5 и X5 in vivo системи за изображения: Никога не е било по-лесно или по-бързо да получите надеждни данни – и отговори – за анатомични и молекулярни аспекти на заболяването.

Само за изследователска употреба. Не се използва при диагностични процедури.

Колкото повече изображение, толкова повече разбирате със системата Quantum GX2 MicroCT

Без съмнение, microCT е най-добрият метод за изобразяване на костите. Но със системата Quantum GX2 microCT можете да си представите по-нататък – да изследвате сърдечно-съдови, белодробни и онкологични заболявания и други.

С множество зрителни полета Quantum GX2 може да изобразява мишки, плъхове и зайци in vivo и позволява изображения с висока разделителна способност на риба данио и проби ex vivo, което го прави истински мултивидов microCT скенер. Системата също така предлага високоскоростно сканиране с ниска доза, свеждайки до минимум дозата на радиация на субекта, идеална за надлъжни изследвания.

Quantum GX2 microCT изображения – гъвкавост и производителност, от които се нуждаете, за да разберете по-нататък вашите модели на заболяване.

Независимо дали се опитвате да разберете по-добре биологичните пътища, да наблюдавате прогресията на заболяването или да оцените потенциалните кандидати за лекарства по-рано в процеса на разработка, нашето портфолио от предклинични решения за in vivo изображения от самостоятелни оптични и microCT изображения до интегрирани системи са проектирани да отговарят на вашите нужди.

Изтеглете нашата интерактивна електронна книга In Vivo Solutions, за да научите повече

Само за изследователска употреба. Не се използва при диагностични процедури.

Вижте болестта във всичките й измерения с мултимодални изображения

Това е просто – за днешните изследователи има нарастваща нужда от in vivo изображения, които ви позволяват да визуализирате множество събития едновременно и да извлечете максимално количество информация от всеки субект – което води до по-добро биологично разбиране.

В PerkinElmer предлагаме системи с интегрирана рентгенова или микроКТ, улесняващи най-бързия работен процес за събиране и анализ на данни. Освен това можете да регистрирате съвместно данни от вашата едномодова оптична или microCT платформа, като използвате нашия софтуер Living Image ®, за да ви предоставим повече поглед върху молекулярните и анатомичните характеристики на заболяването.


In vivo решения за предклинични образи

Проследяването, наблюдението и визуализирането на биологичните процеси и прогресията на заболяването е от ключово значение не само да ви помогне да разберете по-добре биологията, но и от решаващо значение за оценката на ефективността на вашите потенциални кандидати за лекарства по-рано в процеса на разработка.

In vivo Изобразяването има дълбока роля в усъвършенстването на разбирането на изследователите за молекулярните и физиологични изследвания в широк спектър от модели на болести, както и за ускоряване на предклиничното разработване на терапевтици по неинвазивен начин и в реално време.

Позволете ни да ви помогнем да постигнете целите си за изследване и откриване с нашите най-добри в класа решения за изображения на малки животни. От основни изследователски модели до клинично преводими приложения, нашите in vivo общността за изображения публикува ежедневно с хиляди статии, публикувани в рецензирани списания, обхващащи основни области на заболявания, включително рак, инфекциозни заболявания, сърдечно-белодробни, метаболитни заболявания и др.

Какъвто и отговор да търсите, in vivo предклиничната образна диагностика е най-прекият път, който ви помага да получите по-задълбочен поглед върху вашите основни изследвания и проекти за откриване и развитие на лекарства.

Разгледайте нашите in vivo решения за изображения.

Колкото повече виждате – толкова повече знаете

Вашето авангардно изследване управлява високочувствителни и надеждни данни за изображения. Като лидер в областта на оптичните изображения, ние разполагаме с инструментите, от които се нуждаете, от 2D оптична, до 3D томография и интегрирани системи за оптични изображения, до оптични реагенти, които да ви помогнат да постигнете целите си за изследване.

Биологията не се случва в 2D и вашите изследвания също не трябва

Получете повече представа за вашите изследвания върху животни, неинвазивни и с висока разделителна способност с 3D микрокомпютърна томография (microCT) изображения.

Вижте болестта във всичките й измерения

Генерирайте по-смислена информация от вашето изследване върху животни с мултимодални изображения. Чрез комбиниране на модалностите за изобразяване получавате повече представа за функционална и анатомична информация, за да подобрите разбирането си за болестта.

По-проницателни резултати от изследването

Нашата широка гама от реагенти за оптични изображения позволява несравнимо изобразяване на широк спектър от свързани с болестта биомаркери и пътища за вашите изследвания.

  • Флуоресцентни агенти, багрила, комплекти за етикетиране и наночастици
  • Биолуминесцентни онкологични клетъчни линии и бактерии, създадени с помощта на вектор на луцифераза (luc2) за свръхчувствителност
  • Биолуминесцентни субстрати, включително D-Luciferin и RediJect™ Luciferin в готов за употреба инжекционен формат

Помага на учените да постигнат своите изследователски цели

Нашият опитен екип от учени и специалисти по поддръжка е тук, за да ви помогне. От въпроси за кандидатстване, обучение, съвети за отстраняване на неизправности, за да ви помогнем да изберете най-добрата система за изображения за вашето изследване, ние разполагаме с необходимите ресурси, за да извлечете максимума от вашите in vivo образни изследвания.

Предлагайки поддръжка в световен мащаб, нашият специализиран екип за приложения със своите задълбочени научни познания може да ви помогне да постигнете изследователските си цели. Предлагайки несравнима поддръжка, нашите учени по приложения са вашият основен контакт за всякакви въпроси, които може да имате, от разработване на протоколи за изображения до обучение и образование, което гарантира, че ще получите отговорите и насоките, от които се нуждаете.

Извлечете максимума от вашия инструмент за изображения in vivo, като се учите от експертите. Ние предлагаме основно и усъвършенствано обучение във вашето заведение, както и обучение в класната стая чрез университета In Vivo, за да разширите знанията си, да споделите с колеги изследователи и да се учите от учени по полеви приложения.

Нашите глобални сервизни инженери са на разположение, за да ви помогнат при инсталиране, превантивна поддръжка, технически насоки и всякакви ремонтни услуги, за да гарантират, че вашите системи за изображения работят възможно най-оптимално, за да изпълнят целите ви за изследване на изображения in vivo.


Зашеметяващи първи 3D изображения със супер разделителна способност, заснети вътре в живи мишки

Изследователите разработиха система 3D-2PE-STED, която може да изобразява дендритни шипове дълбоко в мозъка на жива мишка. Тяхната система показа фини промени, настъпили между ден 1 и 3 (леви изображения). Тези промени са трудни за разграничаване с помощта само на двуфотонна микроскопия (вдясно). Кредит: Йорг Беверсдорф, Медицинско училище в Йейл

Новата STED техника позволява изобразяване на дълбоки тъкани, разкрива субклетъчната динамика на невроните.

Изследователите са разработили нова техника за микроскопия, която може да получи 3D изображения със супер разделителна способност на субклетъчни структури от около 100 микрона дълбоко в биологичната тъкан, включително мозъка. Като дава на учените по-задълбочен поглед върху мозъка, методът може да помогне да се разкрият фини промени, които настъпват в невроните с течение на времето, по време на учене или в резултат на заболяване.

Новият подход е разширение на микроскопията със стимулирано изчерпване на емисиите (STED), пробивна техника, която постига разделителна способност на наномащаб чрез преодоляване на традиционната граница на дифракция на оптичните микроскопи. Стефан Хел спечели Нобеловата награда за химия за 2014 г. за разработването на тази техника за изображения със супер разделителна способност.

В Оптика, списание на The Optical Society’s (OSA) за изследвания с голямо въздействие, изследователите описват как са използвали своя нов микроскоп STED, за да изобразят в супер разделителна способност 3D структурата на дендритните шипове дълбоко в мозъка на жива мишка. Дендричните шипове са малки издатини върху дендритните клони на невроните, които получават синаптични входове от съседни неврони. Те играят решаваща роля в невронната активност.

“Нашият микроскоп е първият инструмент в света за постигане на 3D STED супер разделителна способност дълбоко в живо животно,” каза ръководителят на изследователския екип Йорг Беверсдорф от Медицинското училище в Йейл. “Подобен напредък в технологията за изображения на дълбоки тъкани ще позволи на изследователите директно да визуализират субклетъчни структури и динамика в тяхната естествена тъканна среда,” каза Беверсдорф. “Способността да се изучава клетъчното поведение по този начин е от решаващо значение за придобиването на цялостно разбиране на биологичните явления за биомедицински изследвания, както и за фармацевтично развитие.”


Изследователите използваха своя микроскоп 3D-2PE-STED, за да изобразят мозъка на жива мишка. Увеличаването на част от дендрита разкрива 3D структурата на отделния гръбначен стълб. Кредит: Йорг Беверсдорф, Медицинско училище в Йейл

Отивайки по-дълбоко

Конвенционалната STED микроскопия най-често се използва за изобразяване на култивирани клетъчни проби. Използването на техниката за изобразяване на дебели тъкани или живи животни е много по-предизвикателно, особено когато предимствата на STED за супер разделителна способност са разширени до третото измерение за 3D-STED. Това ограничение възниква, защото дебелата и оптически плътна тъкан не позволява на светлината да проникне дълбоко и да се фокусира правилно, като по този начин се нарушават възможностите за супер разделителна способност на микроскопа STED.

За да преодолеят това предизвикателство, изследователите комбинираха STED микроскопия с двуфотонно възбуждане (2PE) и адаптивна оптика. 𔄚PE дава възможност за изобразяване по-дълбоко в тъканта, като се използват близо инфрачервени дължини на вълната, а не видима светлина,” каза Мери Грейс М. Веласко, първият автор на статията. “Инфрачервената светлина е по-малко податлива на разсейване и следователно е по-способна да проникне дълбоко в тъканта.”

Изследователите също така добавиха адаптивна оптика към своята система. “Използването на адаптивна оптика коригира изкривяванията във формата на светлината, т.е. оптичните аберации, които възникват при изобразяване в и през тъкан,” каза Веласко. “По време на изобразяване адаптивният елемент променя фронта на светлинната вълна по точно обратния начин, по който тъканта в пробата. Следователно аберациите от адаптивния елемент премахват аберациите от тъканта, създавайки идеални условия за изобразяване, които позволяват възможностите на STED да бъдат възстановени и в трите измерения.”

Виждане на промени в мозъка

Изследователите тестваха техниката си 3D-2PE-STED, като първо изобразиха добре характеризирани структури в култивирани клетки върху покривен лист. В сравнение с използването само на 2PE, 3D-2PE-STED разрешава обеми повече от 10 пъти по-малки. Те също така показаха, че техният микроскоп може да разреши разпределението на ДНК в ядрото на клетките на кожата на мишка много по-добре от конвенционалния двуфотонен микроскоп.

След тези тестове изследователите използваха своя микроскоп 3D-2PE-STED, за да изобразят мозъка на жива мишка. Те увеличиха част от дендрита и разрешиха 3D структурата на отделните шипове. След това те изобразяват същата област два дни по-късно и показват, че структурата на гръбначния стълб наистина се е променила през това време. Изследователите не са наблюдавали никакви промени в структурата на невроните в техните изображения или в поведението на мишките, които да показват увреждане от изображенията. Те обаче планират да проучат това допълнително.

“Дендритните шипове са толкова малки, че без супер разделителна способност е трудно да се визуализира тяхната точна 3D форма, да не говорим за промени в тази форма с течение на времето,” каза Веласко. 𔄛D-2PE-STED сега предоставя средствата за наблюдение на тези промени и това не само в повърхностните слоеве на мозъка, но и по-дълбоко вътре, където се случват повече от интересните връзки.”

Справка: 𔄛D изображения на дълбоки тъкани със супер разделителна способност при живи мишки” от Мери Грейс М. Веласко, Mengyang Zhang, Jacopo Antonello, Peng Yuan, Edward S. Allgeyer, Dennis May, Ons M'Saad, Phylicia Kidd, Andrew ES Barentine, Valentina Greco, Jaime Grutzendler, Martin J. Booth и Joerg Bewersdorf, 25 март 2021 г., Оптика.
DOI: 10.1364/OPTICA.416841


Последните постижения в флуоресцентното изображение със супер разделителна способност и неговите приложения в биологията

Флуоресцентната микроскопия се превърна в основен инструмент за биологични изследвания, тъй като може да бъде минимално инвазивна, да събира данни бързо и да насочва интересни молекули със специфични стратегии за етикетиране. Въпреки това, дифракционно ограничената пространствена разделителна способност, която е класически ограничена до около 200 nm в странична посока и около 500 nm в аксиална посока, възпрепятства приложението му за идентифициране на деликатни детайли на субклетъчната структура. Бяха положени големи усилия за нарушаване на границата на дифракция за получаване на изображения с висока разделителна способност на биологичен образец. Понастоящем са налични различни методи, способни да получат изображения със супер разделителна способност с разделителна способност от десетки нанометри. Тези техники за супер разделителна способност обикновено могат да бъдат разделени на три основни класа: (1) шаблонно базирано на осветяване изобразяване със супер разделителна способност, което използва пространствено и временно модулирана осветителна светлина за реконструкция на субдифракционни структури (2) супер-базирана локализация на една молекула -изображение с разделителна способност, което локализира центъра на профила на всеки отделен флуорофор с прецизност на субдифракция (3) базирано на избелване/мигане изображение със супер разделителна способност. Тези техники за супер разделителна способност са използвани в различни биологични области и предоставят нови прозрения в няколко нови аспекта на науката за живота. Като се имат предвид уникалните технически предимства и търговската наличност на флуоресцентен микроскоп със супер разделителна способност, може да се очаква увеличаване на приложенията на тази мощна техника в науката за живота.

Ключови думи: Биоизображение FPALM Флуоресцентна микроскопия NSOM Оптична дифракционна граница PALM RESOLFT SSIM STED STORM Супер разделителна способност TIRF флуоресценция фотоактивация локализация микроскопия сканираща в близко поле оптична микроскопия фотоактивирана микроскопия за локализация обратимо насищане оптично линейно флуоресцентно флуоресцентно преходно преход стопие флуоресцентна микроскопия с пълно вътрешно отражение.


Изобразяване (супер разделителна способност)

Джон Клингенщайн, професор по неврология и професор по клетъчна биология, изследовател, председател на Медицинския институт Хауърд Хюз, директор на отдела по невронауки, Кавли институт за невронаука и програма по клетъчна невронаука, невродегенерация и възстановяване (CNNR)

Люсил П. Марки, професор по микробна патогенеза и професор по катедра по клетъчна биология, катедра по микробна патогенеза

Фъргюс Ф. Уолъс, професор по генетика, катедра по генетика

Каролин Уолч Слейман, професор по генетика

Доцент по генетика и невронауки, директор на аспирантура, генетика

Стерлинг професор по генетика и професор по педиатрия, изследовател HHMI

Професор по молекулярна, клетъчна и биология на развитието, съдиректор, Междуведомствена програма по невронауки в Йейл

Професор със стаж по педиатрия (медицина за критични грижи)

Доцент Доцент по микробна патогенеза

Доцент по клетъчна биология

Доцент по микробна патогенеза и член по имунобиология, изследовател на Йейлския системен институт по биология, Медицински институт Хауърд Хюз


Изследователите улавят първите 3D изображения със супер разделителна способност при живи мишки

Изследователите разработиха система 3D-2PE-STED, която може да изобрази дендритните шипове дълбоко в мозъка на жива мишка. Тяхната система показа фини промени, настъпили между ден 1 и 3 (леви изображения). Тези промени са трудни за разграничаване с помощта само на двуфотонна микроскопия (вдясно). Кредит: Йорг Беверсдорф, Медицинско училище в Йейл

Изследователите са разработили нова техника за микроскопия, която може да получи 3-D изображения със супер разделителна способност на субклетъчни структури от около 100 микрона дълбоко в биологичната тъкан, включително мозъка. Като дава на учените по-задълбочен поглед върху мозъка, методът може да помогне да се разкрият фини промени, които настъпват в невроните с течение на времето, по време на учене или в резултат на заболяване.

Новият подход е разширение на микроскопията със стимулирано изчерпване на емисиите (STED), пробивна техника, която постига разделителна способност на наномащаб чрез преодоляване на традиционната граница на дифракция на оптичните микроскопи. Стефан Хел спечели Нобеловата награда за химия за 2014 г. за разработването на тази техника за изображения със супер разделителна способност.

В Оптика, изследователите описват как са използвали своя нов микроскоп STED, за да изобразят в супер разделителна способност 3-D структурата на дендритните шипове дълбоко в мозъка на жива мишка. Дендричните шипове са малки издатини върху дендритните клони на невроните, които получават синаптични входове от съседни неврони. Те играят решаваща роля в невронната активност.

„Нашият микроскоп е първият инструмент в света за постигане на 3-D STED супер разделителна способност дълбоко в живо животно“, каза ръководителят на изследователския екип Йорг Беверсдорф от Медицинското училище в Йейл. „Подобен напредък в технологията за изобразяване на дълбоки тъкани ще позволи на изследователите директно да визуализират субклетъчни структури и динамика в тяхната естествена тъканна среда“, каза Беверсдорф. "Способността да се изучава клетъчното поведение по този начин е от решаващо значение за придобиването на цялостно разбиране на биологичните явления за биомедицински изследвания, както и за фармацевтичното развитие."

Конвенционалната STED микроскопия най-често се използва за изобразяване на култивирани клетъчни проби. Използването на техниката за изобразяване на дебели тъкани или живи животни е много по-предизвикателно, особено когато предимствата на STED за супер разделителна способност са разширени до третото измерение за 3-D-STED. Това ограничение възниква, защото дебелата и оптически плътна тъкан не позволява на светлината да проникне дълбоко и да се фокусира правилно, като по този начин се нарушават възможностите за супер разделителна способност на микроскопа STED.

Изследователите използваха своя микроскоп 3D-2PE-STED, за да изобразят мозъка на жива мишка. Увеличаването на част от дендрита разкрива 3D структурата на отделния гръбначен стълб. Кредит: Йорг Беверсдорф, Медицинско училище в Йейл

За да преодолеят това предизвикателство, изследователите комбинираха STED микроскопия с двуфотонно възбуждане (2PE) и адаптивна оптика. „2PE дава възможност за изобразяване по-дълбоко в тъканта, като се използват близо инфрачервени дължини на вълната, а не видима светлина“, каза Мери Грейс М. Веласко, първият автор на статията. "Инфрачервената светлина е по-малко податлива на разсейване и следователно е по-способна да проникне дълбоко в тъканта."

Изследователите също така добавиха адаптивна оптика към своята система. "Използването на адаптивна оптика коригира изкривяванията във формата на светлината, т.е. оптичните аберации, които възникват при изобразяване в и през тъкан", каза Веласко. „По време на изображения адаптивният елемент модифицира фронта на светлинната вълна по точно обратния начин, по който прави тъканта в образеца. Следователно аберациите от адаптивния елемент премахват аберациите от тъканта, създавайки идеални условия за изобразяване, които позволяват на STED super -възможностите за разделителна способност да бъдат възстановени и в трите измерения."

Виждане на промени в мозъка

Изследователите тестваха техниката си 3-D-2PE-STED, като първо изобразиха добре охарактеризирани структури в култивирани клетки върху покривен лист. В сравнение с използването само на 2PE, 3-D-2PE-STED разрешава обеми повече от 10 пъти по-малки. Те също така показаха, че техният микроскоп може да разреши разпределението на ДНК в ядрото на клетките на кожата на мишка много по-добре от конвенционалния двуфотонен микроскоп.

След тези тестове изследователите използваха своя микроскоп 3-D-2PE-STED, за да изобразят мозъка на жива мишка. Те увеличиха част от дендрита и разрешиха 3-D структурата на отделните шипове. След това те изобразяват същата област два дни по-късно и показват, че структурата на гръбначния стълб наистина се е променила през това време. Изследователите не са наблюдавали никакви промени в структурата на невроните в техните изображения или в поведението на мишките, които да показват увреждане от изображенията. Те обаче планират да проучат това допълнително.

"Дендритните шипове са толкова малки, че без супер-резолюция е трудно да се визуализира тяхната точна 3-D форма, да не говорим за промени в тази форма с течение на времето", каза Веласко. "3-D-2PE-STED сега предоставя средствата за наблюдение на тези промени и това не само в повърхностните слоеве на мозъка, но и по-дълбоко вътре, където се случват повече от интересните връзки."


Приложение на методи за изобразяване с висока разделителна способност за клетъчната биология и транслационната медицина

Проф. Вито Менела е пионер в прилагането на мултимодални изображения със супер разделителна способност в клетъчната биология, по-специално за изследване на архитектурата на органелите (Тенденции в клетъчната биология, 2014, 2015).

Използвайки силата на 3D-SIM, микроскопията dSTORM и количествения анализ на изображенията, той направи заедно със своя екип серия от открития, променящи парадигмата в биологията на центрозомите и ресничките: 1. Организираната молекулярна архитектура на перицентриоларния материал на центрозомите (Nature Клетъчна биология, 2012) Архитектурата и функцията на нов центрозомен комплекс in situ (Elife, 2018) и характеризиране на нов тип ресничка в дихателните пътища (Developmental Cell, 2020, 2020 в пресата).

Съвсем наскоро той си сътрудничи с клиницисти за изграждане на инструменти, базирани на супер разделителна способност за транслационни изследвания при заболявания, причинени от дефекти на подвижните реснички и прилагане на методи за машинно обучение за диагностика на заболявания (Science Translational Medicine, 2020). В своята презентация той ще направи преглед на това как различни модалности на супер разделителна способност и количествен анализ на изображенията са били приложени за стимулиране на откритията в тези различни области на изследване.


Изображения с висока разделителна способност in vivo - Биология

a State Key Laboratory of Chemo/Bio-Sensing and Chemometrics, College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan University, Changsha 410082, P. R. China
Електронна поща: [email protected]

b Уолъс Х. Култър Катедра по биомедицинско инженерство, Медицински факултет на Университета Емори, Университет Емори, Атланта, Джорджия 30322, САЩ
Електронна поща: [email protected]

Абстрактно

Изобразяването на РНК при живи животни помага за дешифрирането на биологията и създава нови тераностики за лечение на болести. Поради ниската им ефективност на доставка и високия фон обаче, флуоресцентните сонди за на място Не се съобщава за изображения на РНК при живи мишки. Ние разработваме нова флуоресцентна сонда, насочена към клетките, която позволява изобразяване на РНК при живи мишки чрез ан in vivo хибридизационна верижна реакция (HCR). Минималистичният Y-образен дизайн на тристранната ДНК сонда подобрява нейното представяне при изследвания на живи животни и служи като модулно скеле за три ДНК мотива за клетъчно насочване и HCR веригата. Тристранната ДНК сонда позволява лесен синтез с висок добив и демонстрира ултрачувствително откриване на РНК инвитро. Сондата също така показва селективна и ефективна интернализация в клетки с свръхекспресия на фолат (FA) рецептор чрез кавеоларно-медииран ендоцитозен механизъм и произвежда флуоресцентни сигнали, динамично корелирани с вътреклетъчните прицелни експресии. Освен това, сондата показва специфично доставяне в туморни клетки и позволява висококонтрастно изображение на miR-21 при живи мишки. Тристранният ДНК дизайн може да отвори вратата за вътреклетъчно изобразяване на РНК при живи животни, използвайки ДНК-минимални структури и неговата стратегия за проектиране може да помогне за бъдещото развитие на базирани на ДНК мултифункционални молекулярни сонди.