Method Article
פרוטוקול זה מתאר את ההתקנה של מיקרוסקופ גיליון אור ויישומה לin vivo הדמיה של ג elegans עוברים.
טכניקות הדמיה phototoxic מהירה ונמוכות הן תנאי מוקדם כדי ללמוד את ההתפתחות של אורגניזמים בטוטו. מיקרוסקופיה מבוססת גיליון אור מפחיתה צילום הלבנה ואפקטי phototoxic השוואה למיקרוסקופיה confocal, תוך מתן תמונות 3D עם הרזולוציה subcellular. כאן אנו מציגים את תוכנית ההתקנה של מיקרוסקופ אור גיליון מבוסס, שמורכבת ממיקרוסקופ זקוף וקבוצה קטנה של אלמנטי אופטו מכאני עבור הדור של גיליון האור. הפרוטוקול מתאר כיצד לבנות, ליישר מיקרוסקופ ולאפיין את גיליון האור. בנוסף, הוא מפרט כיצד ליישם את השיטה להדמית טוטו של ג elegans עובר באמצעות תא תצפית פשוט. השיטה מאפשרת את לכידתו של הזמן לשגות סרטי שני צבעים 3D מעל כמה שעות של פיתוח. זה אמור להקל על המעקב של צורת תא, חלוקות תא וחלבונים מתויגים על פני תקופות זמן ארוכות.
היווצרות ועיצובה של האורגניזם כרוך תנועות תא, שינויים בצורת תא, חלוקת תא והתמיינות תאים. הבנת ההתקדמות ותיאום של תהליכים אלה דורשים כלי הדמיה מהירים עם יכולת תלת ממדים ורזולוציה subcellular. בין הטכניקות עם in vivo יכולות הדמיה אלה, מיקרוסקופיה תאורת גיליון אור הנקראת גם מיקרוסקופיה יחידה / תאורת מטוס סלקטיבית יש את היתרון הייחודי של הפקת אפקטים נמוכים phototoxic ונמוך photobleaching 1,2.
במיקרוסקופיה תאורת גיליון, המדגם הוא מואר מהצד בגיליון אור, אשר מבצע חתך האופטי. נתיב ההארה ואת נתיב הגילוי הוא ניצבים זה לזה וגיליון האור מיושר יעלה בקנה אחד עם מטוס מוקד האובייקט של העדשה האובייקטיבית זיהוי. המדגם ממוקם בצומת של שני נתיבים,nd ניתן להעביר לאורך ציר זיהוי כדי לאפשר הדמיה 3D. רק המטוס של עניין הוא מואר ואת כל הנקודות של המטוס הזה מתגלות באותו הזמן. זה מגדיל באופן משמעותי את מהירות הרכישה ומפחית photobleaching כמו גם phototoxicity בהשוואה למיקרוסקופיה confocal 3.
למעשה, מיקרוסקופיה תאורת גיליון היא קלה להתקנה וalign: עבור שתי הדמיה ממדית, אין סריקה היא הכרחית לא לחלק זיהוי, ולא לחלק התאורה; כטכניקת שדה רחב עם חתך יכולת, ניתן לקבל הדמיה תלת ממדית על ידי תנועת ציר יחידה של הבמה מחזיקה את המדגם.
כאן אנו מציגים את הקמת מיקרוסקופ פשוט אור גיליון ויישומה בתחום הדמיה לטוטו של ג elegans עוברים. ג elegans עוברים מתאימים גם לחיות בvivo הר"יגינג בשל שקיפותם, שושלת בלתי משתנה וסטריאוטיפית תא עמדות 4,5. גיליון התקנת האור פותחה מבוססת על מיקרוסקופ הזקוף סטנדרטי לגילוי. הפרוטוקול המובא להלן מפרט כיצד לבנות וליישר את עירור מודול / נתיב, לבדוק ולאפיין את גיליון האור ולעלות את המדגם עבור ההדמיה 3D. הוא גם מספק דוגמאות של הזמן לשגות סרטים שנרכשו עם ההתקנה על זנים שונים להביע סמני ניאון.
1. הגדרת גיליון האור ונתיב איתור
איור 1 נותן תכנית כללית של ההתקנה האופטית.
2. בדיקת גיליון האור
3. ההרכבה של ג elegans עוברים
השלבים הבאים הם בתמונה באיור 3.
4. הקלטה של ג פיתוח elegans
שלושה ניסויי הקלטת הזמן לשגות 3D משלושה ג שונה elegans זנים להמחיש את סוג הנתונים שניתן להשיג באמצעות התקנת מיקרוסקופ אור הגיליון שתוארה לעיל. בדקנו כי בתנאים אלה עוברים לפתח במהירות רגילה ולשרוד את ההדמיה, עולה בקנה אחד עם דיווחים קודמים המצביעים על כך ההדמיה SPIM גורמת לרמות נמוכות phototoxicity רק בג elegans עוברי 6,7.
הזן הראשון מבטא היסטון התמזגו GFP (zuIs178; stIs10024). הקלטה בוצעה במהלך 2 שעות עם ערימה של 20 פרוסות (מרחק בין פרוסות 1 מיקרומטר) נלקחה כל שניות 37. איור 6 ממחיש מישור אחד של המחסנית בנקודות זמן שונה. שני גרעיני interphasic (חץ) והכרומטין תמצית המיטוטי (ראש חץ) נראים בבירור.
הזן השני מבטא טובולין התמזגו GFP (ruIs57) והיסטוןהתמזגו mCherry (itIs37; stIs10226). הקלטה בוצעה במהלך 16 דקות עם ערימה של 20 פרוסות (מרחק בין פרוסות 1 מיקרומטר) נלקחה כל שניות 105. איור 7 ממחיש מישורים שונים של המחסנית ונקודות זמן שונה. הסרט קשור 1 המציג 3D שחזורים ב3 נקודות זמן רצופות. במהלך החלוקה, ציר mitotic (הירוק) והכרומוזומים מרוכזים (אדום) נראה בבירור המאפשר המעקב של אוריינטציות חלוקת תאים במהלך התפתחות.
הזן השלישי מבטא את אפוליפופרוטאין VIT-2 התמזגו GFP (pwIs23) וקרום מחויב mCherry (ltIs44). הקלטה בוצעה במהלך 25 דקות עם ערימה של 10 פרוסות (מרחק בין פרוסות 1 מיקרומטר) נלקחה כל 30 שניות. איור 8 ממחיש מישורים שונים של המחסנית ונקודות זמן שונה. התנועות מהירות של החלקיקים ליפופרוטאין בחלמון (ירוק) בתוך התאים יכולות להיות בקלותאחריו.
איור 1: התקנה אופטית SPIM המורכב מיחידות התאורה וזיהוי, קדמית ונוף תחתית. ביחידת התאורה, הלייזרים בשילוב ידי מראות dichroic להיכנס AOTF, השולט בכוחו של כל אחד הלייזר באופן עצמאי. לאחר מכן, טלסקופ מגדיל את הגודל של הקרן על ידי פי 4 ופריסקופ מביא אותו לגובה של המיקרוסקופ. העדשה הגלילית מהווה את גיליון האור, אשר מקד מחדש על ידי מטרת ההארה. יחידת האיתור משולבת במיקרוסקופ הזקוף, והוא מורכב בעיקר על ידי עדשת האיתור, הסינון, עדשת הצינור וEMCCD. המדגם ממוקם בצומת שבין נתיבי התאורה וזיהוי. שלב פיזואלקטריים מאפשר התקות אנכיות (Z) של המדגם לרכישת 3D.
איור 2:. בעל קובט בעל כולל 3 פלטות אלומיניום ומוברג על הבמה פיזואלקטריים. קובט הזכוכית מוחזק על ידי אביב (באדום).
איור 3: התקנת פרוטוקול של ג עוברי elegans לניסויי SPIM. חתיכת הזכוכית לחתוך מצופה פולי-L-ליזין. כרית של אגר ממוקמת על המשטח המצופה. פולי-L-ליזין הוא הוסיף לאחר מכן על הכרית אגר. לבסוף, ג elegans עוברים מיושרים על משטח אגר מצופה פולי-L-ליזין.
ther.within-page = "תמיד">
איור 4: בעל מדגם. בעל מתאים לממדים הפנימיים של קובט הזכוכית. שתי מעיינות (באדום) מחזיקות שקופיות הזכוכית (מתוארות באיור 3). בעל זה ואז לשים בתוך קובט הזכוכית.
איור 5:... בעל מדגם בהקשר תצפית עוברים הם משותקים בשקופית הזכוכית לפי הפרוטוקול סיכם באיור 3 השקופיות מוחזקות על ידי בעל המדגם המתואר באיור 4 בעל המדגם מוכנס בקובט הזכוכית, הוחזק על ידי המחזיק המתואר באיור 2. גיליון האור הוא אופקי ואניlluminates העוברים מהצד. עדשת מטרת זיהוי היא אנכית, מעל למדגם.
איור 6: הקלטה של ג עובר elegans להביע היתוך היסטון :: ה-GFP תמונות מטוס יחידה של עובר מהונדס מבטא היסטון :: GFP היתוך (zuIs178; stIs10024) בנקודות זמן שונות תמונות שחולצו מן הקלטת הזמן לשגות 3D:.. ערימות עשויות 20 פרוסות ( מרחק בין פרוסות 1 מיקרומטר); זמן חשיפה לכל פרוסה: 30 אלפיות שניים; מרווח זמן בין ערימות: 37 שניות; זמן כולל רכישה: 2 שעות. חץ: גרעין interphasic, ראש חץ: הכרומטין המיטוטי מרוכז. בזמן t = 0 דקות העובר הוא בשלב 2 התאים ובt = 120 דקות העובר מכיל כ 70 תאים כצפוי על פי סעיף התפתחותית נורמליהשתין (שים לב שרק את התאים כלולים במישור אחד נראים בתמונות ולא בכל התאים של העובר). כוחה של תאורה היה 30 μW ב488 ננומטר (נמדד ביציאה של מטרת התאורה). אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.
איור 7: הקלטה של ג עובר elegans להביע :: GFP היתוך טובולין והיסטון :: היתוך mCherry. תמונות שחולצו מן הקלטת הזמן לשגות 3D של ג עובר elegans להביע :: היתוך טובולין GFP (ruIs57) והיסטון :: היתוך mCherry (itIs37; stIs10226). תנאי הקלטה: רכישת ערימה של 20 פרוסות (מרחק בין פרוסות 1מיקרומטר) בכל שנייה 105; סה"כ זמן רכישה: 16 דקות; זמן חשיפה: 200 אלפיות שני לכל ערוץ. לוח תערוכות 10 פרוסות אותה הערימה. לוח ב 'מציג את אותו פרוסה כל שניות 210. כוחה של תאורה היה 30 μW ו300 μW, ל488 ו561 לייזרי ננומטר, בהתאמה (שנמדדו ביציאה של מטרת התאורה). אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.
איור 8: הקלטה של ג עובר elegans להביע GFP היתוך VIT-2 :: וממוקד קרום mCherry. תמונות שחולצו מן הקלטת הזמן לשגות 3D של ג עובר elegans להביע היתוך VIT-2 :: GFP (PWIs23) וmCherry ממוקד קרום (ltIs44). תנאי הקלטה: רכישת ערימה של 10 פרוסות (מרחק בין פרוסות 1 מיקרומטר) כל 30 שניות; סך הכל זמן רכישה: 25 דקות; זמן חשיפה לכל ערוץ: 200 אלפיות שניים. לוח מציג 5 פרוסות הראשונות של אותה הערימה. לוח ב 'מציג את אותו פרוסה כל 30sec. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.
פרוטוקול זה מתאר התקנה קלה של מיקרוסקופיה גיליון אור לin vivo הדמיה של ג elegans עוברים. האלמנטים אופטיים הדרושים כדי ליצור וליישר את גיליון האור, כוללים לייזרים, הרחבה קרן, collimation ועדשות מיקוד, יכולים להיות מותקן בקלות על ספסל אופטי. בשילוב עם מיקרוסקופ זקוף לדרך האיתור והמצלמה, זה מספק פתרון פשוט להתקנה מיקרוסקופ גיליון אור.
גיאומטריה זו הופכת את הסביבה לדוגמא פשוטה. דגימת החיים ממוקמת בקובט זכוכית, המוחזקת, מיקומו ועבר על ידי קבוצה קטנה של חתיכות מכאניות. מיקרוסקופיה תאורת גיליון היא טכניקת שדה רחבה עם חתך יכולת, תנועה היחידה ציר יחיד ממונעות נדרש להדמית 3D. זה מגביל את הדרישה של סנכרון לאלמנט סריקה בודד ומאפשר פיתוח תוכנה. לעומת 6 iSPIM geomet הזקוף שלנור"י מאפשר השימוש בעדשה אובייקטיבית NA גבוהה לצורך זיהוי. בהשוואה להגדרות SPIM עם עדשות אובייקטיביות במישור האופקי ההרכבה של מדגם וההדמיה מסדרה של עוברים הן יותר קלה. בסך הכל, את היישום של טכניקה זו הוא פשוט וניתן להשיג עם מומחיות קטנה בתחום האופטיקה. זוהי אלטרנטיבה זולה יותר למיקרוסקופי confocal עם היתרונות של מהירות גבוהה יותר וphototoxicity אבל חסרון של רזולוציה צירית נמוכה מופחתים.
אנחנו גם פיתחנו דרך קלה ולשעתק לעלות ג עוברי elegans לin vivo הדמיה באמצעות מערכת זו. הליך ההרכבה הוא מהיר (15 דקות) והוא מתאים לניסויים יומיומיים. לג הדמיה elegans, היתרונות של ההתקנה הפשוטה הזה לפחות שני קפלים: (i) בתחום ההדמיה טוטו אפשרית ללא סיבוב ובכך שחזור 3D הוא פשוט; (Ii) הרכבת מדגם קלה ועוברים מרובים יכולים להיות צילמו ברצףבאותה השקופית. הראינו דוגמאות של זמן לשגות סרטים עם רזולוציה של זמן מספיק כדי לבחון חלוקות תא ושינויי צורת תא. כוחה של מיקרוסקופיה גיליון אור ללמוד ג פיתוח elegans יש גם מאויר לאחרונה על ידי אחרים 6, 7, 8. לכן, טכניקה זו תהיה שימושית מאוד ללמוד המורפוגנזה ודפוסים של ג עובר elegans.
מערכת זו יכולה לשמש גם כדי לנתח את ההתפתחות של אורגניזמים מודל אחרים? חשוב להכיר בכך שהיישום של מיקרוסקופיה תאורת גיליון לאורגניזם קטן ושקוף כמו ג elegans הוא פחות חמור משל אורגניזמים גדולים יותר, כמו עוברי דרוזופילה. בהדמית טוטו של דרוזופילה בדרך כלל דורש סיבוב ושחזורים רב להציג 9, 10. עירור משני צדדים עם עדשות אובייקטיביות עירור קוליניאריות יכולים גם הפחית את תופעות הצל שנגרמו על ידי attenuatיון של 11 אור. עם זאת, ההגדרה שהוצגה כאן היא עדיין מותאמת לצד תמונה אחד מעוברי דרוזופילה, עם הלבנת נמוכה וphotoxicity הנמוך. גם הגדרה זו יכולה להיות שימושית לעוברי תמונה קטנים ושקופים כגון ascidians או דג הזברה.
יש המחברים אין לחשוף.
אנו מודים לכל חברי Lenne ומעבדות ברטרנד, בפרט אוליבייה בלאן לפיתוח תוכנה וג'רמי Capoulade לדיון. אנו מודים גם למתקן PICsL-IBDM ההדמיה, בפרט קלוד מורטי ורייס Detailleur לקבלת תמיכה טכנית.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מATIP CNRS (לפ-FL ו-VB), Labex להודיע מענק (לפ-FL ו-VB) ומענק מSanofi-Aventis (לVB). אנו מכירים בתשתית צרפת-bioimaging נתמכת על ידי Nationale de la משוכלל ונדיר סוכנות הידיעות (ANR-10-InSb-04-01, מכנים "Investissements d'Avenir").
Name | Company | Catalog Number | Comments |
SPIM | |||
Detection | |||
upright microscope | ZEISS | Axiophot 1 | |
100x W objective (NA 1.1, W.D. 2.5mm) | NIKON | ||
EMCCD back illuminated | ANDOR | DU-885K-CS0-#VP | |
Illumination | |||
LASER 488 nm / 60 mW | TOPTICA | iBeam smart | |
LASER 405 nm / 120 mW | TOPTICA | iBeam smart | |
LASER 561 nm / 500 mW | COBOLT | JIVE 500 | for time lapse imaging, 50 or 100mW is enough |
filter Quad line laser rejectionband ZET 405/488/561/638 | AHF | F57-405 | |
Dichroic 405 | AHF | F38-405 | |
Dichroic 488 | SEMROCK | Di01-R488 | |
AOTF | AA | AOTFnC-400.650-TN | |
mirror | |||
lens 50 mm | THORLABS | telescope 5X | |
lens 200 mm | THORLABS | telescope 5X | |
periscope | THORLABS | RS99/M | |
cylindrical lens f=100mm | THORLABS | ACY254-100-A | |
10X NA 0,3 | NIKON | ||
xyz stage | NEWPORT | ||
Sample | |||
Bacto Agar | Bectkton Dickinson | 214010 | 5% in water |
Poly-L-Lysine solution | Sigma | P8920 | |
Capillaries GC100F-10, 1.0mm oD, 0,58mm ID, 100 mm L | Havard Appartus | 30-0019 | |
Aspiration tube (mouth pipette) | Dutsher | 55005 | |
M9 medium: | |||
KH2PO4 (3g/L) | Any supplier | ||
Na2HPO4 (6g/L) | Any supplier | ||
NaCL (5g/L) | Any supplier | ||
MgSO4 (1 mM final) | Any supplier | ||
cuvette holder | HOME MADE | made by Brice Detailleur | |
sample holder | HOME MADE | made by Claude Moretti | |
x stage | NEWPORT | ||
coverslip 50x20x1 mm | MARIENFELD | cut then in 10x20x1mm | |
piezo electric stage with amplifier/controller | PI | P-622.ZCD / E-625.CR | |
cuvette 40mmx40mmx10mm | HELLMA | 704.002-OG.40 mm- 10mm high | |
Diamond Point Glass Marking Pencil | VWR | ||
Software | |||
C++ (Qt) home made software | developed by Olivier Blanc and Claire Chardès, available on request. Alternative solutions: micromanager or labview |
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