Name: sample drift correction following 4d confocal time-lapse imaging
Uploaded: 2014-04-12T22:35:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sample Drift Correction Following 4D Confocal Time-lapse Imaging at JoVE.com

Vi vill tacka Gaby Martins och arrangörerna av EMBO2010 3D Develop Imaging workshop där arbetet påbörjades och alla bidragsgivare till Fiji och ImageJ projekt.

1. 4D Time-lapse avbildning Experiment De inställningar som används för bildtagning kommer att variera beroende på vilken utrustning som används. Förmågan av konfokalmikroskopi att optiskt sektionen ett prov beror på ett antal faktorer: våglängden för excitation, pinhole storlek, numerisk apertur av målet, brytningsindex av provet och det medium i vilket provet är inbäddad. Storleken på den konfokala hål vald kommer att bestämma tjockleken av det optiska avsnittet uppsamlades....

<ol>
	<li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiji:+an+open-source+platform+for+biological-image+analysis.">Fiji: an open-source platform for biological-image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li><li>Abramoff, M. D., Magalhaes, P. J., Ram, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+Processing+with+ImageJ.">Image Processing with ImageJ.</a> Biophotonics International. 11 (7), 42-42 (2004).</li><li>Collins, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ImageJ+for+Microscopy.">ImageJ for Microscopy.</a> BioTechniques. 43 (S1), 25-30 (2007).</li><li>Linkert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metadata+matters:+access+to+image+data+in+the+real+world.">Metadata matters: access to image data in the real world.</a> The Journal of Cell Biology. 189 (5), 777-782 (2010).</li><li>Th&#233;venaz, P., Ruttimann, U. E., Unser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pyramid+approach+to+subpixel+registration+based+on+intensity.">A pyramid approach to subpixel registration based on intensity.</a> IEEE transactions on image processing : a publication of the IEEE Signal Processing Society. 7 (1), 27-41 (1998).</li><li>Kuglin, C. D., Hines, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+phase+correlation+image+alignment+method.">The phase correlation image alignment method.</a> Proceedings of the IEEE, International Conference on Cybernetics and Society. , 163-165 (1975).</li><li>Preibisch, S., Saalfeld, S., Tomancak, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Globally+optimal+stitching+of+tiled+3D+microscopic+image+acquisitions.">Globally optimal stitching of tiled 3D microscopic image acquisitions.</a> Bioinformatics. 25 (11), 1463-1465 (2009).</li><li>Kaufmann, A., Mickoleit, M., Weber, M., Huisken, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+mounting+enables+long-term+imaging+of+zebrafish+development+in+a+light+sheet+microscope.">Multilayer mounting enables long-term imaging of zebrafish development in a light sheet microscope.</a> Development. 139 (17), 3242-3247 (2012).</li><li>Andersen, E., Asuri, N., Clay, M., Halloran, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+imaging+of+cell+motility+and+actin+cytoskeleton+of+individual+neurons+and+neural+crest+cells+in+zebrafish+embryos.">Live imaging of cell motility and actin cytoskeleton of individual neurons and neural crest cells in zebrafish embryos.</a> J VIs. Exp. (36), (2010).</li><li>Eisenhoffer, G. T., Rosenblatt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+imaging+of+cell+extrusion+from+the+epidermis+of+developing+zebrafish.">Live imaging of cell extrusion from the epidermis of developing zebrafish.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (52), (2011).</li><li>Benard, E. L., vander Sar, A. M., Ellett, F., Lieschke, G. J., Spaink, H. P., Meijer, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infection+of+zebrafish+embryos+with+intracellular+bacterial+pathogens.">Infection of zebrafish embryos with intracellular bacterial pathogens.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (61), (2012).</li><li>Nguyen-Chi, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphogenesis+and+Cell+Fate+Determination+within+the+Adaxial+Cell+Equivalence+Group+of+the+Zebrafish+Myotome.">Morphogenesis and Cell Fate Determination within the Adaxial Cell Equivalence Group of the Zebrafish Myotome.</a> PLoS Genetics. 8 (10), (2012).</li><li>Moore, C. A., Parkin, C. A., Bidet, Y., Ingham, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+role+for+the+Myoblast+city+homologues+Dock1+and+Dock5+and+the+adaptor+proteins+Crk+and+Crk-like+in+zebrafish+myoblast+fusion.">A role for the Myoblast city homologues Dock1 and Dock5 and the adaptor proteins Crk and Crk-like in zebrafish myoblast fusion.</a> Development. 134 (17), 3145-3153 (2007).</li><li>Higashijima, S., Okamoto, H., Ueno, N., Hotta, Y., Eguchi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-frequency+generation+of+transgenic+zebrafish+which+reliably+express+GFP+in+whole+muscles+or+the+whole+body+by+using+promoters+of+zebrafish+origin.">High-frequency generation of transgenic zebrafish which reliably express GFP in whole muscles or the whole body by using promoters of zebrafish origin.</a> Developmental Biology. 192 (2), 289-299 (1997).</li></ol>

Vår förmåga att använda efterbearbetning programvara för att rätta prov drift av datamängder som härrör från längre tidsförlopp mikroskopi experiment begränsas av ett antal faktorer. Förmågan att urskilja drift kontra migrations av ett prov är beroende av de cellulära markörer som används. Cellulära markörer som antingen är allmänt uttryckta i ett prov eller inte inblandade i flytt händelser under bildtagning ger den bästa källan för driftkorrigering. Insticksprogrammet använder en enda kanal...

Confocal avbildning används ofta i cell-och utvecklingsbiologi för att följa cellrörelser och förändringar i morfologi. Fånga en serie optiska sektioner vid olika fokalplan tillåter alstring av en tredimensionell (3D) modell av ett prov, som sedan kan förlängas i fyra dimensioner (4D) genom att skapa en tidsförlopp serie 3D-datamängder. Den generation av 4D dataset möjliggör detaljerad mätning av cellrörelser och beteenden. I långtidstidsförlopp experiment är det vanligt att observera provrörelse. Detta kan orsakas av mindre fel i hårdvaran kontrollerar scenen och fokala positioner. Även i andra fall, är drift till följd av rörelser som induceras av prov tillväxt eller flexibilitet i provet montering media. Metoder finns för att kompensera eller begränsa dessa rörelser däribland förbättringar av hårdvara med fokus system och ökad styvhet i monteringsmedel. Dock kan dessa metoder inte tillämpas i många fall på grund av bild set upp krävs för att ge goda förutsättningar för att prover underhåll och tillväxt. Öppen källkod-lösningar existerar för korrigering av rörelsen i 2D med tiden, med hjälp av de StackReg och TurboReg (http://bigwww.epfl.ch/thevenaz/stackreg/) 5 plugins i ImageJ eller Fiji, men dessa kan inte tillämpas på 4D-datamängder. För att korrigera för provet drift har vi utvecklat en plug-in (Rätt 3D-drift) för att utnyttja öppen källkod imaging-bearbetning plattform, Fiji 1. Vår plug-in kan utföra faskorrelation registreringen att korrigera rörelser som uppstår till följd av provglidning tredimensionella tidsförlopp experiment. Fas korrelation 6 är ett beräkningseffektiv metod för att bestämma översättningen mellan bilderna. Plugin-programmet som beskrivs här utnyttjar fas-korrelationsbiblioteket utvecklats av Preibisch et al. 7. I flerkanaliga experiment utnyttjar Stick en kanal för att bestämne den korrigering som krävs. Denna korrigering tillämpas sedan på ytterligare kanaler som leder till registrering av 4D dataset. I zebrafisk modellsystem är det möjligt att utföra tidsförlopp avbildning under en period av flera timmar eller till och med flera dagar 8. En vanlig metod för montering av den zebrafisk är att bädda in den bedövades levande embryo i lågsmältande agaros (0,8 till 1,5%), som begränsar dess rörelse 9-11. Även om rörelsen är begränsad tillväxt av provet fortfarande sker, vilket resulterar i de celler inom synfältet skiftande position. För att följa rörelsen av cellerna inuti embryot är det nödvändigt att först korrigera för förflyttning av hela provet. Detta protokoll har utvecklats med zebrafisk exemplar, och har använts för att bild somit utveckling 12 men kan tillämpas på alla 4D konfokal dataset.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="406">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate (Tricaine)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">A5040</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Low gelling temperature agarose</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">A9414-25G</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:216px;">Dumont #4 Forceps</td>
			<td style="width:71px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:119px;">0208-4-PO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Disposable 3mL graduated</td>
			<td rowspan="2" style="width:71px;">Samco</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">212</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Polyethylene transfer pipette</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">9cm bacterial grade Petri dishes</td>
			<td style="width:71px;">Greiner Bio One</td>
			<td style="width:119px;">632180</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Fluorinated ethylene propylene (FEP) tubing</td>
			<td style="width:71px;">Bola</td>
			<td style="width:119px;">S1815-04</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Zeiss LSM-710 Confocal microscope</td>
			<td style="width:71px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">W Plan-Apochromat 20x/1.0 DIC Objective</td>
			<td style="width:71px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;">421452-9600-000</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sample drift correction following 4d confocal time-lapse imaging

Alstringen av fyrdimensionell (4D) konfokala datamängder; bestående av 3D-bildsekvenser över tiden; ger en utmärkt metod för att fånga cellulära beteenden involverade i utvecklingsprocesser. Möjligheten att spåra och följa cellrörelser begränsas av prov rörelser som uppstår på grund av att glida av provet eller, i vissa fall, tillväxt under bildtagning. Spårnings celler i datamängder som drabbats av drift och / eller tillväxt kommer att införliva dessa rörelser i någon analys av cellposition. Detta kan resultera i den skenbara rörligheten av statiska strukturer inom provet. Därför före spårning cell bör alla prov drift korrigeras. Med hjälp av öppen källkod Fiji fördelning 1 av ImageJ 2,3 och de ingående loci verktygen 4, vi utvecklat Rätt 3D drift plug-in för att ta bort felaktiga provrörelse i konfokala datamängder. Detta protokoll effektivt kompenserar för provöversättning eller förändringar i fokus ponings genom utnyttjande fas korrelation för att registrera varje tidpunkt av en fyra-dimension konfokala datauppsättningar under bibehållande av förmågan att visualisera och mäta cellrörelser över utsträckta tidsförlopp experiment.

I utvecklingszebrafisk, snabba muskelcellerna smälter in i flerkärniga fibrer från 19 timmar efter befruktning (20 - somit scenen) 13. I syfte att åskådliggöra rörelsen hos kärnor och fusion av muskelceller vi utförts 4D konfokalt tidsförlopp avbildning med användning av en transgen stam som uttrycker grönt fluorescerande protein (GFP) under kontroll av skelett α-aktin promotor för att märka alla av muskel celler 14 och injiceras RNA som kodar för det röda fluorescerande proteinet ...

Watch this Scientific Journal Video about Sample Drift Correction Following 4D Confocal Time-lapse Imaging at JoVE.com

Sample Drift Correction Following 4D Confocal Time-lapse Imaging

Prov Korrigering Drift Efter 4D Confocal Time-lapse avbildning

Time-lapse mikroskopi möjliggör visualisering av utvecklingsprocesser. Tillväxt eller avdrift av prover under bilden förvärvet minskar förmågan att noggrant följa och mäta cellrörelser under utvecklingen. Vi beskriver användningen av öppen källkod bildbehandlingsprogram för att korrigera för tredimensionell prov glida över tiden.

The generation of four-dimensional (4D) confocal datasets; consisting of 3D image sequences over time; provides an excellent methodology to capture ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue (EHT)

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue EHT

Bioluminescence Imaging för bedömning av immunsvaret efter implantationen av Engineered hjärtvävnad (EHT)

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or ...

Video-rate Scanning Confocal Microscopy and Microendoscopy

Video-rate Scanning konfokalmikroskopi och Microendoscopy

Confocal microscopy has become an invaluable tool in biology and the biomedical sciences, enabling rapid, high-sensitivity, and high-resolution optical ...

Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip

Time-lapse fluorescensavbildning av Arabidopsis rottillväxt med Rapid Manipulering av Root miljö med hjälp av RootChip

The root functions as the physical anchor of the plant and is the organ responsible for uptake of water and mineral nutrients such as nitrogen, ...

Sample Preparation Strategies for Mass Spectrometry Imaging of 3D Cell Culture Models

Provberedning Strategier för masspektrometri avbildning av 3D cellodlingsmodeller

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with ...

A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

En mikroflödes Chip för ICPMS Sample Introduktion

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

Selective Cell Elimination from Mixed 3D Culture Using a Near Infrared Photoimmunotherapy Technique

Selektiv Cell Eliminering från Mixed 3D kultur med hjälp av en Near Infrared Photoimmunotherapy Technique

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem ...

Mammalian Cell Division in 3D Matrices via Quantitative Confocal Reflection Microscopy

Däggdjur celldelning i 3D matriser via kvantitativa Confocal speglar mikroskopi

The study of how mammalian cell division is regulated in a 3D environment remains largely unexplored despite its physiological relevance and therapeutic ...

Advanced 3D Liver Models for In vitro Genotoxicity Testing Following Long-Term Nanomaterial Exposure

Avancerade 3D-levermodeller för in vitro-genotoxicitytestning efter långvarig nanomaterialexponering

Due to the rapid development and implementation of a diverse array of engineered nanomaterials (ENM), exposure to ENM is inevitable and the development of ...

Continuous Measurement of Biological Noise in Escherichia Coli Using Time-lapse Microscopy

Continuous Measurement of Biological Noise in Escherichia Coli Using Time-lapse Microscopy

Kontinuerlig mätning av biologiskt buller i Escherichia Coli med tidsfördröjning mikroskopi

The protocol developed here offers a tool to enable computer tracking of Escherichia coli division and fluorescent levels over several hours. The process ...

Spatio-Temporal In Vivo Imaging of Ocular Drug Delivery Systems using Fiberoptic Confocal Laser Microendoscopy

Spatio-Temporal In Vivo Imaging of Ocular Drug Delivery Systems using Fiberoptic Confocal Laser Microendoscopy

Spatio-Temporal In Vivo Imaging av okulära drug delivery system med fiberoptisk konfokrisk lasermikroskopi

Subconjunctival injection is an attractive route to administer ocular drugs due to easy trans-scleral access that bypasses anterior ocular barriers, such ...