Серийная блочная сканирующая электронная микроскопия

Серийная блочная сканирующая электронная микроскопия — это метод создания трехмерных изображений высокого разрешения из небольших образцов. Методика разработана для тканей головного мозга, но широко применима для любых биологических образцов. ^{[ 1 ]} Серийный блочный сканирующий электронный микроскоп состоит из ультрамикротома, установленного внутри вакуумной камеры сканирующего электронного микроскопа . Образцы готовятся методами, аналогичными методам просвечивающей электронной микроскопии ( ПЭМ ), обычно путем фиксации образца альдегидом, окрашивания тяжелыми металлами, такими как осмий и уран, а затем заливки в эпоксидную смолу. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Поверхность блока образца, залитого смолой, визуализируется путем обнаружения обратно рассеянных электронов. После визуализации ультрамикротом используется для вырезания тонкого среза (обычно около 30 нм) с лицевой стороны блока. После разрезания среза блок образца поднимают обратно в фокальную плоскость и снова визуализируют. Эта последовательность изображений образцов, вырезания срезов и поднятия блоков позволяет автоматически получить многие тысячи идеально совмещенных изображений. Практическая серийная блочная сканирующая электронная микроскопия была изобретена в 2004 году Винфридом Денком в Институте Макса Планка в Гейдельберге и коммерчески доступна от Gatan Inc., ^{[ 4 ]} Thermo Fisher Scientific (VolumeScope) ^{[ 5 ]} и КоннектомХ. ^{[ 6 ]}

Приложения

Одним из первых применений серийной блочной сканирующей электронной микроскопии был анализ связей аксонов в мозге. Разрешения достаточно, чтобы отслеживать даже самые тонкие аксоны и идентифицировать синапсы. К настоящему времени ^{[ когда? ]}, серийная визуализация лица внесла свой вклад во многие области, такие как биология развития, биология растений, исследования рака, изучение нейродегенеративных заболеваний и т. д. Этот метод может генерировать чрезвычайно большие наборы данных и разрабатывать алгоритмы для автоматической сегментации очень больших наборов данных. все еще является проблемой. Однако в настоящее время в этом направлении ведется большая работа. Проект EyeWire использует человеческие вычисления в игре для отслеживания нейронов по изображениям сетчатки, полученным с помощью серийной блочной сканирующей электронной микроскопии. ^{[ 7 ]}

Для серийной сканирующей электронной микроскопии можно подготовить множество различных образцов, а ультрамикротом способен разрезать многие материалы, поэтому этот метод имеет более широкое применение. Он начинает находить применение во многих других областях — от клеточной биологии и биологии развития до материаловедения. ^{[ 8 ]}

Преимущества и недостатки

Недостатком метода SBEM является то, что толщина среза, который можно удалить с помощью ультрамикротома, ограничена (~ 25 нм), поэтому разрешение в направлении глубины ограничено. Преимущество метода SBEM заключается в том, что образец неподвижен, что улучшает выравнивание стопок изображений. Еще одним преимуществом метода SBEM является возможность получать большие наборы данных с высоким уровнем детализации. Поскольку резка с помощью ультрамикротома происходит чрезвычайно быстро (по сравнению с процессом фрезерования в FIB-SEM), он может обнажать большую площадь материала (направления x и y) на каждом срезе. Кроме того, благодаря быстрой резке мы можем получить множество изображений в направлении Z за короткий период времени. ^{[ 1 ]}

См. также

Сфокусированный ионный пучок

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Денк, В; Хорстманн, Х (2004). «Серийная блочная сканирующая электронная микроскопия для реконструкции трехмерной наноструктуры ткани» . ПЛОС Биол . 2 (11): е329. дои : 10.1371/journal.pbio.0020329 . ПМК 524270 . ПМИД 15514700 .
^ Мукерджи, Конарк; Кларк, Хелен Р.; Чаван, Врушали; Бенсон, Эмили К.; Кидд, Грэм Дж.; Шривастава, Сарика (9 июля 2016 г.). «Анализ митохондрий мозга с использованием серийной блочной сканирующей электронной микроскопии» . Журнал визуализированных экспериментов (113): e54214. дои : 10.3791/54214 . ISSN 1940-087X . ПМЦ 4993410 . ПМИД 27501303 .
^ Хуа, Юньфэн; Лазерштейн, Филип; Хельмштедтер, Мориц (3 августа 2015 г.). «Блоковое окрашивание в больших объемах для коннектомики на основе электронной микроскопии» . Природные коммуникации . 6 : 7923. Бибкод : 2015NatCo...6.7923H . дои : 10.1038/ncomms8923 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 4532871 . ПМИД 26235643 .
^ «Система 3View для захвата изображений 3D-ультраструктур | Gatan, Inc» .
^ «Teneo VolumeScope SEM для наук о жизни» . www.fei.com . Марк Андерсон. 02.10.2017 . Проверено 9 октября 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ «Катана микротом» .
^ «Вызов << EyeWire » . Архивировано из оригинала 14 апреля 2012 года . Проверено 27 марта 2012 г.
^ Холланд, Николас (21 июня 2018 г.). «Формирование начальной почки и ротового отверстия у личинки амфиоксуса изучено с помощью серийной сканирующей электронной микроскопии (SBSEM)» . Еводево . 9 (16): 16. дои : 10.1186/s13227-018-0104-3 . ПМК 6013890 . ПМИД 29977493 .

Внешние ссылки

[1] Оригинальная публикация в журнале PLOS Biology.
[2] 3View Гатана
[3] Ячеецентрированная база данных, наборы данных SBEM.

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Денк, В; Хорстманн, Х (2004). «Серийная блочная сканирующая электронная микроскопия для реконструкции трехмерной наноструктуры ткани» . ПЛОС Биол . 2 (11): е329. дои : 10.1371/journal.pbio.0020329 . ПМК 524270 . ПМИД 15514700 .

[2] Мукерджи, Конарк; Кларк, Хелен Р.; Чаван, Врушали; Бенсон, Эмили К.; Кидд, Грэм Дж.; Шривастава, Сарика (9 июля 2016 г.). «Анализ митохондрий мозга с использованием серийной блочной сканирующей электронной микроскопии» . Журнал визуализированных экспериментов (113): e54214. дои : 10.3791/54214 . ISSN 1940-087X . ПМЦ 4993410 . ПМИД 27501303 .

[3] Хуа, Юньфэн; Лазерштейн, Филип; Хельмштедтер, Мориц (3 августа 2015 г.). «Блоковое окрашивание в больших объемах для коннектомики на основе электронной микроскопии» . Природные коммуникации . 6 : 7923. Бибкод : 2015NatCo...6.7923H . дои : 10.1038/ncomms8923 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 4532871 . ПМИД 26235643 .

[4] «Система 3View для захвата изображений 3D-ультраструктур | Gatan, Inc» .

[5] «Teneo VolumeScope SEM для наук о жизни» . www.fei.com . Марк Андерсон. 02.10.2017 . Проверено 9 октября 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[6] «Катана микротом» .

[challenge-7] «Вызов << EyeWire » . Архивировано из оригинала 14 апреля 2012 года . Проверено 27 марта 2012 г.

[8] Холланд, Николас (21 июня 2018 г.). «Формирование начальной почки и ротового отверстия у личинки амфиоксуса изучено с помощью серийной сканирующей электронной микроскопии (SBSEM)» . Еводево . 9 (16): 16. дои : 10.1186/s13227-018-0104-3 . ПМК 6013890 . ПМИД 29977493 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]