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徠卡課堂:常溫超薄切片光電關聯技術的應用

發布時間:2021-03-22      點擊次數:81

神經科學是一個涉及神經系統結構和功能研究的多學科領域,目的是了解認知和行為過程的發展,以及了解和找到疾病治療方法,如阿爾茨海默氏癥或帕金森氏癥。顯微技術的應用對于細胞和亞細胞水平的神經系統可視化以及觀察特定背景下的任何分子變化至關重要。近年來,深部組織成像方面的進展讓人們對神經元功能有了更進一步的認識,一些新興技術如遺傳細胞標記和光遺傳學也協同推動了這些發展。
 
神經生物學研究的成像挑戰

神經系統的研究往往需要高分辨率、深度成像和大斷面可視化相結合。還需要靈活地對不同類型的樣本進行圖像處理,如活細胞、組織、有機化合物和模型生物體。
快速動態過程的研究,如細胞運輸或突觸重塑,需要高速顯微鏡。高速顯微鏡的主要挑戰之一是獲取高分辨率圖像,同時避免熒光飽和。
神經科學研究通常涉及到大視野和立體成像。減少熒光散射和背景信號的需求使得獲取高對比度和分辨率的圖像變得困難,這在檢查大腦切片等致密組織中的神經元結構時尤為關鍵。

 


圖1 神經上皮細胞普通款場顯微鏡與THUNDER Imager成像對比
Z-stack:59層(厚21μm),樣本由德國Magdeburg FAN GmbH提供

神經生物學研究的顯微鏡方法

對于神經生物學而言,照亮黑暗的大腦,需要一束光,brainbow技術應允誕生,相繼的各種標記方式已使得我們可以看到五顏六色的大腦結構?;诠鈱W的研究方法已成為神經科學領域的主要研究手段,其中實現了高分辨三維成像的光學成像技術、可以進行大范圍神經記錄的功能性成像技術,以及可運用光來控制神經功能的光遺傳學技術,這些技術具有高空間分辨率、組織低損傷性和遺傳特異性等優勢,助力神經科學領域的研究取得了一系列突破。

對于深部活體成像,往往使用多光子顯微鏡,憑借近紅外激發的能力減少了光散射,使深部成像具有小的損傷性。光片顯微鏡對于光敏或3D樣品也是比較好的選擇,減少光毒性的同時又可以提供固有的光學切片和3D成像。

光遺傳學是一種利用光控制神經活動的技術,能夠研究特定的神經網絡和細胞信號,需要在神經元細胞膜上表達光敏蛋白。利用光遺傳學結合毫秒級精度計時方法在納米尺度上深入研究潛力巨大,可以研究細胞動態過程中的特定時間點。

電生理學研究的是組織和細胞的電性,包括研究神經元的電性。神經和肌肉細胞的功能依賴于流經離子通道的離子電流。研究離子通道的一種方法是使用貼片夾緊法,該方法可以對離子通道進行詳細的研究,并記錄不同類型細胞的電活動,典型的就是像神經元這樣的可興奮細胞。


圖2 斑馬魚胚胎復眼
圖像通過TCS SP8 DLS采集。法國Illkirch-Graffenstaden IGBMC成像中心Basile Gurchenkov博士供圖

神經生物學研究Leica方案

THUNDER Imagers


圖3大鼠原代細胞培養

Cy5(洋紅色):β-Ⅲ型微管蛋白;Rhod(紅色):NG2蛋白,GFP(綠色):巢蛋白;DAPI(藍色):細胞核
THUNDER Imagers能夠幫您獲得對細節的清晰圖像,即使是在完整樣品內部,也能實時觀察清晰圖像。THUNDER Imagers獲取銳利圖像的能力從根本上改變了研究人員從事生物體、組織切片和器官等3D細胞培養物成像時的工作方式,并且可以使用比“標準”寬場顯微鏡更厚的切片和更大的組織。
 
STELLARIS讓您看到更多細節,收集更準確的數據,驗證您的假設。新一代大功率HyD檢測器的協同作用,完全優化的光路設計,以及獨特的白激光,使得成像性能超塵拔俗。STELLARIS提供更明亮的信號,使您獲得的圖像更清晰,并且擁有更強烈的對比度和更精致的細節,即使是多個低豐度信號。

STELLARIS DIVE


圖5 通過同時捕捉兩個通道或在LAS X軟件中進行光譜發射掃描并應用通道拆分,輕松分離活鼠皮層中表達的GFP(綠色)和YFP(紅色)。

STELLARIS DIVE (Deep In Vivo Explorer) 是一款檢測光譜可調諧的多光子顯微鏡,為深部活體成像提供了穿透深度和對比度。借助STELLARIS DIVE,您可以對深的視野和細微的細節進行調節,同時可以對多色標記進行拆分。STELLARIS DIVE憑借其高精度和靈敏度使其成為活神經元成像的理想選擇。

Leica憑借其獨特的技術優勢,從微觀納米尺度解析精細結構,到宏觀活體樣本的行為學研究,跨尺度的開啟神經生物學研究的新窗口。Leica在神經領域的探索決不止步于此,憑借其革故鼎新的膽氣,與眾多科學家一起持續推進神經科學在宏觀和微觀層面蓬勃向上!

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