A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
نظهر طريقة المجهر داكنة ميدانية على غابور مثل تصفية لقياس ديناميكية التحت خلوية داخل الخلايا الحية واحد. تقنية حساسة للتغيرات في بنية العضيات ، مثل تجزئة الميتوكوندريا.
نظهر صك المجهرية التي يمكن قياس الملمس التحت خلوية الناشئة عن مورفولوجيا عضية والتنظيم داخل الخلايا الحية غير ملوثين. الصك المقترح تمتد حساسية التسمية خالية المجهر الضوئي للتغيرات في حجم النانو عضية والشكل ، ويمكن استخدامها للتعجيل في دراسة العلاقة بين الهيكل وظيفة تتعلق ديناميات العمليات البيولوجية الكامنة العضية الأساسية ، مثل موت الخلايا المبرمج أو الخلوية التمايز. ويمكن تنفيذها بسهولة المجهر على منصات المجهري القائمة ، وبالتالي يمكن توزيعها على المختبرات الفردية ، حيث يمكن للعلماء تنفيذ واستخدام الأساليب المقترحة مع وصول غير مقيد.
التقنية المقترحة قادرة على توصيف هيكل التحت خلوية من خلال مراقبة الخلية من خلال ثنائية الأبعاد غابور الفلاتر الضوئية. يمكن ضبطها لهذه الفلاتر الشعور بحساسية (10 من نانومتر) النانوية ، والصفات المورفولوجية محددة تتعلق حجم واتجاه غير كروية العضيات التحت خلوية. في حين تستند على النقيض تم إنشاؤها بواسطة نثر المرنة ، وهذه التقنية لا تعتمد على نموذج تشتت معكوس مفصلة أو على نظرية لاستخراج مي morphometric القياسات. هذا الأسلوب هو ذلك ينطبق على غير كروية العضيات التي ليست دقيقة نظرا وصف مبعثر النظرية بسهولة ، وتوفر المعلمات morphometric المميزة التي يمكن الحصول عليها داخل الخلايا الحية غير ملوثين لتقييم وظائفها. هذه التقنية هو مفيد مقارنة مع معالجة الصور الرقمية في أنه يعمل مباشرة على حقل للكائن بدلا من تحويل كثافة الكائن في discretized. انها لا تعتمد على معدلات عالية صورة المعاينة وبالتالي يمكن استخدامها لشاشة بسرعة المورفولوجية النشاط ضمن مئات من الخلايا في وقت واحد ، وبالتالي يسهل كثيرا على دراسة بنية وراء تقسيم عضية عضية الفردية وإعادة الإعمار التي المجهري متحد البؤر مضان من الصور الرقمية تضخيم للغاية حقول محدود من العرض.
في هذه التظاهرة التي قمنا تظهر البيانات من المشطورة البحرية لتوضيح المنهجية. نعرض أيضا البيانات الأولية التي تم جمعها من الخلايا الحية لإعطاء فكرة عن الكيفية التي يمكن بها تطبيق الأسلوب في سياق البيولوجية ذات الصلة.
1. الحصول على خلايا جاهزة
2. الحصول على الإعداد البصرية جاهزة
3. تحميل filterbank واستخدام برنامج الإعداد للحصول على الصور الخلفية ، التي تمت تصفيتها
4. طلاء الخلايا
5. إجراء التجربة
6. تحويل المتوسط إلى كشف الخلايا لstaurosporine (STS) ، والحفاظ على المتوسط في جميع أنحاء التجربة
7. ممثل النتائج
في ختام التجربة ، وسوف تشمل البيانات التي جمعت عددا كبيرا من الصور التي تحتاج إلى تصفية تتم معالجتها لاستخراج البيانات التحت خلوية الهيكلي. وترد مثالين لبنك عامل تصفية المرشحات الضوئية تتألف من غابور تشبه 9 مع فترة التصفية S = 0.95μm ، الضبابي المغلف الانحراف القياسي ق = S / 2 = 0.45μm ، والتوجهات Φ = 0 ° إلى ° Φ في 20 = 160 ° العلاوات. (انظر أيضا [1] لمزيد من التفاصيل).
المثال 1 : البحرية الدياتوم
نحن لدينا توجه أول تطبيق تصفية البنك حساسية لعينة المشطورة البحرية (ولاية كارولينا شركة التموين البيولوجية) مع ميزات الموجهة التي كانت مرئية بوضوح في التصوير (مدافع) داكنة الميدان (الشكل 1). وتظهر الصور التي تمت تصفيتها بصريا إلى جانب صورة فلتر للعينة للمقارنة.
الشكل 1 : حقل الظلام (مدافع) والصورة التي تمت تصفيتها بصريا من الدياتومات البحرية. وسوف نقوم بتحليل المشطورة في أسفل يمين الصورة (السهم الأبيض في اللوحة اليسرى أكثر).
تم تجهيز مجموعة من الصور غابور مفلتر تسعة من المشطورة بكسل حسب بكسل للتوجيه الكائن والاستدارة. تجهيز يتألف من (1) ملخصا لجميع الردود قياس الصور غابور مفلتر تسعة في كل بيكسل لتحديد الحجم الكلي للاستجابة إشارة ترميز بالتالي أهمية ردا على ذلك ، و (2) العثور على التوجه مرشح غابور ، Φ ، حيث كانت الاستجابة مكبر وأخذ نسبة من هذه الاستجابة القصوى للاستجابة المتوسط لجميع الزوايا ترميز وبالتالي إلى أي مدى الكائنات في كل بكسل لديها اتجاه مفضل. يرتبط ارتباطا وثيقا لدرجة الميل إلى نسبة الجانب الهندسي للجسيمات. في الشكل. 2B ، اليتم ترميز البريد الاستجابة الشاملة للبكسل للبنك التصفية (المعلمة 1) ودرجة الميل أو الجانب نسبة (معلمة 2) في تشبع اللون وهوى ، على التوالي. نسبة الجانب بالقرب من 1 (الأزرق) هو الحاضر في المناطق التي لا توجد زاوية استجابة المفضل ، في حين قدر أكبر من القيم (الحمراء) تشير إلى المناطق التي تحتوي على استجابة أعلى الزاوية المفضل هو الحاضر. يتم ترميز طيدة اتجاه الجسيمات في مؤامرة جعبة (الشكل 2C) ، حيث اتفق كل سطر بشكل وثيق مع التوجه كائن محلي الكامنة وضوحا في الحقل الداكنة فلتر (الشكل 2A).
الشكل 2 : A : الصورة المظلمة ميدان المشطورة. باء : كائن صورة التوجه. مقياس درجة اللون يشير إلى التوجه (نسبة الارتفاع) ، في حين سطوع بترميز أهمية استجابة مجموع مرشح غابور. C : توجه الكائنات مع شدة استجابة ≥ 10 ٪ من الحد الأقصى. قطعة خط المحور يشير هيكل المقابلة الطويلة.
مثال 2 : الخلايا أفكارك
هنا نعرض الصور التي تمت تصفيتها من الخلايا البطانية الأبقار تعامل مع staurosporine (STS) التي تم معالجتها في نفس الطريقة المشطورة. التين. 3 يظهر فلتر داكنة الميدان (مدافع) صورة من الخلايا جنبا إلى جنب مع صور nine تصفيتها في الوقت T =- 180 دقيقة. STS قبل العلاج.
الشكل 3 : حقل الظلام (مدافع) وتصفية الصور بصريا من حقل يحتوي على العديد من الخلايا الحية البطانية.
تم الحصول عليها في وقت لاحق الصور تصفية كل 20 دقيقة لمدة ثلاث ساعات بعد العلاج STS. التين. 4A يظهر خريطة الجانب نسبة الخلايا بوصفها وظيفة من الزمن. في هذه الحالة لونا لون يمثل درجة الميل (orientedness المسمى) كما لونه لون في الشكل. 2B أعلاه. ومع ذلك ، لم تكن مرجحة سطوع نسبة الارتفاع من رد فعل مرشح المتوسط. من خلال تسجيل خرائطنا نسبة الارتفاع مع الصور مضان من الميتوكوندريا المسمى في هذه الخلايا (الشكل 4B) ، توصلنا إلى أن اقتصرت نسبة الارتفاع قياس الانخفاض الى المناطق التي تحتوي على الميتوكوندريا الخلوية وذلك بالتزامن مع تفتت الميتوكوندريا التي يمكن الملاحظة المباشرة في الصور مضان من نفس الخلايا. التين. 5 يبين المؤامرات الوقت تصور التغيير في نسبة الارتفاع بوصفها وظيفة من الوقت في الخلايا التي تمر موت الخلايا المبرمج. داخل كل خلية ، فإن هناك انخفاضا في نسبة الارتفاع في T = 6-10 دقيقة في المناطق التي تسجل مع الفلورسنت الميتوكوندريا ، ولكن ليس في المناطق التي تسجل مع المناطق الخلفية قاتمة مضان.
الشكل 4 : نسبة الارتفاع (أ) ومضان (ب) صور من الخلايا البطانية تعامل مع محفز الخلايا ، staurosporine.
الشكل 5 : مؤامرات الزمن مقارنة انخفاض في نسبة الارتفاع الجسيمات (orientedness) في الخلايا البطانية تعامل مع staurosporine. آثار فردية تمثل المؤامرات وقت واحد داخل الخلايا. ويقتصر الانخفاض في orientedness إلى المناطق الخلايا التي تسجل مع (اللوحة اليسرى) الميتوكوندريا الفلورسنت وغائبة عن المناطق الخلفية المتبقية مضان (اللوحة اليمنى).
الآن أن لدينا العزم على أن انخفاض نسبة الارتفاع يتوافق مع تفتت الميتوكوندريا ، يمكننا أن تحفز الخلايا في هذه الخلايا ، وقياس تجزئة باستخدام طريقة لدينا مبعثر البصرية دون الحاجة إلى تسمية الخلايا ، ودراسة تأثير مختلف الأمراض الوراثية والتجريبية على هذا دينامية.
وصف الأسلوب أعلاه خرائط غلة morphometric للكائن الذي قد ترميز حجم الجسيمات أو التوجه على سبيل المثال. ويمكن استخدام هذه المعلومات الهيكلية في عدة طرق :
وقد تم تمويل الجهاز المرآة الدقيقة في هذه البحوث من خلال منحة مؤسسة ويتاكر RG - 02-0682 إلى بستاني ن. ويتم تمويل الأعمال الجارية من قبل منحة NSF - 0852857 - DBI لبستاني ن. كان مدعوما جزئيا من قبل باسترناك RM زمالة دراسات عليا روتجرز الرئاسي. كما نود أن نشكر الدكتور E. الابيض للخلايا iBMK المستخدمة في دراساتنا وMetaxas الدكتور DN لمناقشة مفيدة حول الاستراتيجيات البصرية التصفية.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 Bio Products | ||
Heparin | Sigma-Aldrich | ||
Staurosporine | Sigma-Aldrich | ||
Dymethylsulfoxide | Sigma-Aldrich | ||
Inverted microscope | Carl Zeiss, Inc. | Axiovert 200M | |
DMD | Texas Instruments | TI 0.7 XGA DMD 1100 | |
CCD | Roper Scientific | Cascase 512B | High (16 bit) dynamic range CCD |
CCD | Roper Scientific | Coolsnap cf |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved