ברצוננו להודות גבי מרטינס ומארגני סדנת EMBO2010 3D התפתחותית ההדמיה שבו עבודה זו החלה ואת כל התורמים לפרויקטי פיג&#39;י וImageJ.

1. ניסויי ההדמיה 4D הזמן לשגות ההגדרות המשמשות לרכישת תמונה תהיה שונות בהתאם לציוד המשמש. היכולת של מיקרוסקופיה confocal סעיף אופטי מדגם תלוי במספר הגורמים: אורך הגל של עירור, גודל חריר, צמצם מספרי של המטרה, השבירה של המדגם והמדיום שבו המדגם הוא משובץ. גודל חריר confocal נבחר יקבע את העובי של הסעיף האופטי שנאסף. חריר קטן יותר יפיק סעיף אופטי דק יותר הגדלת הרזולוציה Z-הציר, אבל להפחית את כמות האור שנתפס. חריר גדול יותר יגדיל את העובי של הסעיף האופטי, הקטנת רזולוציה Z-ציר, אלא מגביר את כמות האור שנתפס. גורמים נוספים שיש לשקול בעת איסוף נתוני 4D לפני התיקון כוללים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייעל את מהירות סריקה כדי להסיר, או מגבלה, להיסחף דuring לכידתו של זמן בנקודה אחת. לכן הזמן שלוקח לאוסף התמונה צריך להיות חלק קטן של המרווח בין נקודות זמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבנים בצורה מושלמת החוזרים, או רשתות, אינם מתאימים כמבנים לרישום כפי שלא ניתן לקבוע את התיקון הנדרש. חרוזים מתפזרים באופן אקראי או מבנים לא אחידים יאפשר רישום חד משמעי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם להיסחף צפוי, להגדיל את שטח הסריקה וגבולות מוקד עליון ותחתונים על מנת להבטיח את השטח של עניין נשאר בתוך ערימת התמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנוסף להבטחה שיש רזולוציה מרחבית מתאימה כדי לפתור את המבנים של עניין, להגדיר את קצב הדגימה על מנת לספק פתרון זמני לאירועים הדינמיים הנלמדים. הערה: הזמן בין נקודות זמן תמונה ולכן צריך להיות לפחות חצי בזמן ההפסקה בין אירועים חוזרים הרגילים ולהקטין לאירועים חריגים. </li></ol> 2. פתיחת Confocal Dataset חבילת הקוד הפתוחה פיג&#39;י היא הפצה של תכנית ImageJ, המכילה תוספות מותקנות מראש לביצוע תהליכים רבים על נתונים שנאספו מניסויים במיקרוסקופ. התוכנה מספקת ארכיטקטורת עדכון התוספת קלה וכוללת עותק של התוספת להיסחף הנכונה 3D המשמשת לפרוטוקול זה. התוכנה תומכת ביבוא של מגוון רחב של פורמטים של תמונות מיקרוסקופיה קניינית באמצעות השימוש בביו פורמטי יבוא plug-in של מיקרוסקופית פתח הסביבה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את תכנית פיג&#39;י (http://fiji.sc/Downloads). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את בסיס הנתונים נרכשו באמצעות תוסף יבואן לוקוסים Bio-הפורמטים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם בסיס הנתונים גדול יותר מהזיכרון שהוקצה לתכנית, בחר באפשרות &quot;השימוש וירטואלית הערימה&quot; בתוך קטע ניהול זיכרון. </li></ol> 3. תיקון הסחף של אובייקט 3D בהודעת עיבוד במהלך זמן לשגות מורחבלהתנסות מדגם עשוי לעבור גם כאשר משובץ. כדי לתקן את כל תנועה ולאפשר לאירועי ההגירה צילמו להיות מנותחים, שלאחר עיבוד של תמונות ניתן לבצע. כל ההודעה תמונת העיבוד חייב להיות מתואר באופן ברור במתודולוגיה של כל ניתוח הנגזר מעבודה זו. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהבסיס הנתונים נטען, להפעיל את התוסף להיסחף 3D הנכון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם יש ערוצי תמונה מרובים, בחר את הערוץ שישמש לרשום את התמונות. זה אידיאלי צריך לייצג את מבנה סטטי בתוך המדגם ולא כל אלמנטים נודדים או ניידים. עם זאת, אם זה לא אפשרי יש לבחור את הערוץ עם התנועה לפחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם זיכרון RAM הזמינים במערכת המשמשת לניתוח זה הוא פחות מכפול בגודל של בסיס הנתונים המקוריים, בחר באפשרות הערימה הווירטואלית השימוש. זה יהיה לאחסן hyperstack הרשום כתמונה ברצף, ולא לשמור את הקובץ ל-RAM. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר תיקייה לתוספת לאדם פלט מתוקן הר&quot;יקבצי GES. קובץ תמונה נפרד יופק עבור כל ערוץ בכל עמדת z. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן התוסף יערוך ניתוח מתאם שלב זוג חכם בין כל נקודת זמן כדי לקבוע את התיקון הנדרש אשר לאחר מכן מוחל על בסיס הנתונים. </li></ol>

<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>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

היכולת שלנו להשתמש בתוכנה שלאחר עיבוד כדי לתקן להיסחף מדגם של מערכי נתונים הנגזרים מניסויים מיקרוסקופיה זמן לשגות מורחבים מוגבלת על ידי מספר הגורמים. היכולת להבחין להיסחף לעומת תנועת נדידה של מדגם תלויה בסמנים הסלולריים בשימוש. סמנים נייד שהם גם הביעו נרחב בתוך מדג...

confocal הדמיה נעשתה שימוש נרחב בתא וביולוגיה התפתחותית לעקוב תנועות תא ושינויים במורפולוגיה. לכידת סדרה של סעיפים אופטיים במטוסי מוקד שונים מאפשרת את הדור של מודל תלת ממדי (3D) של מדגם, אשר לאחר מכן ניתן להרחיב לארבעה ממדים (4D) על ידי יצירת סדרת הזמן לשגות של מערכי נתונים 3D. הדור של מערכי נתונים 4D מאפשר מדידה מפורטת של תנועות תא והתנהגויות. בניסויי הזמן לשגות לטווח ארוך זה נפוץ לצפות בתנועה לדוגמא. זה יכול להיגרם על ידי אי דיוקים קלים בשלב השליטה החומרה ועמדות מוקד. בעוד שבמקרים אחרים, סחיפה היא תוצאה של תנועות הנגרמות על ידי צמיחת מדגם או גמישות בתוך מדגם תקשורת ההרכבה. שיטות קיימות כדי לפצות או להגביל את תנועות אלה כוללים שיפורים במערכות התמקדות חומרה וקשיחות מוגברת של ההרכבה בינונית. עם זאת, לא ניתן להחיל גישות אלה במקרים רבים עקב של ההדמיהet הנדרש כדי לספק תנאים מתאימים לשימור הדגימות והצמיחה. פתרונות תוכנת קוד פתוח קיימים לתיקון התנועה ב2D לאורך זמן, באמצעות השימוש בStackReg וTurboReg (http://bigwww.epfl.ch/thevenaz/stackreg/) 5 התוספים בImageJ או פיג&#39;י, אבל לא יכולים אלה להיות מיושם על מערכי נתונים 4D. כדי לתקן את סחיפת המדגם שפיתחנו plug-in (להיסחף 3D נכון) לנצל את פלטפורמת עיבוד ההדמיה קוד הפתוח, 1 פיג&#39;י. התוספת שלנו היא מסוגלת לבצע רישום מתאם שלב לתקן תנועה המתרחשת כתוצאה מסחיפת מדגם בניסויי הזמן לשגות בתלת ממד. מתאם שלב 6 הוא שיטה יעילה חישובית כדי לקבוע תרגום בין תמונות. Plug-in שתואר כאן מנצל את ספריית שלב המתאם שפותחה על ידי Preibisch et al. 7. בניסויים רב ערוצית, התוספת מנצלת ערוץ אחד לdetermine התיקון הנדרש. תיקון זה הוא אז מיושם על כל ערוצים נוספים וכתוצאה מכך הרישום של בסיס נתוני 4D. במערכת מודל דג הזברה זה אפשרי לבצע הדמיה הזמן לשגות על פני תקופה של שעות רבות, או אפילו כמה ימים 8. שיטה נפוצה להרכבת דג הזברה היא להטביע את העובר החי מורדם בagarose נקודת התכה הנמוך (.8-1.5%), המגביל את תנועתה 9-11. בעוד תנועה מוגבלת צמיחה של המדגם עדיין מתרחשת, וכתוצאה מכך התאים בתוך שדה ראיית הסטת עמדה. על מנת לעקוב אחר תנועתם של התאים בתוך העובר יש צורך תחילה לתקן את תנועה של המדגם כולו. פרוטוקול זה פותח עם דגימות דג הזברה, ונוצל לפיתוח somite התמונה 12 אבל יכול להיות מיושם על כל מערך נתונים confocal 4D.

<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

הדור של מערכי נתונים confocal (4D) ארבעת ממדים; בהיקף של רצפי תמונת 3D לאורך זמן; מספק מתודולוגיה מעולה כדי ללכוד התנהגויות הסלולר מעורבות בתהליכי התפתחות. היכולת לעקוב ולעקוב אחר תנועות תא היא מוגבלת על ידי תנועות מדגם המתרחשות עקב סחיפה של המדגם או, במקרים מסוימים, צמיחה במהלך רכישת תמונה. תאי מעקב במערכי נתונים מושפעים מסחף ו / או צמיחה ישלבו התנועות הללו לכל ניתוח של מצב תא. זה עלול לגרום לתנועה לכאורה של מבנים סטטיים בתוך המדגם. לכן לפני המעקב סלולרי, צריך להיות מתוקן כל להיסחף מדגם. שימוש בקוד פתוח הפצת פיג&#39;י 1 של ImageJ 2,3 והכלים לוקוסים שילבו 4, פיתחנו את סחף התוספת 3D הנכונה כדי להסיר תנועת מדגם שגויה במערכי נתוני confocal. פרוטוקול זה מפצה באופן יעיל לתרגום מדגם או שינויים בפו המוקדsition ידי ניצול מתאם שלב לרשום בכל פעם נקודה של מערכי נתונים confocal ארבעה ממדים תוך שמירה על היכולת לחזות ולמדוד תנועות תא מעל ניסויי הזמן לשגות מורחבים.

בדג הזברה מתפתחת, תאי שריר מהירים למזג לתוך סיבי multinucleated מ19 שעות לאחר הפריה (20 - שלב somite) 13. על מנת להמחיש את תנועתם של גרעינים ואיחוי של תאי שריר שבוצעו זמן לשגות הדמיה confocal 4D באמצעות זן מהונדס המבטא את החלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) תחת השליטה של ​​אמרגן α-אקטין הש?...

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

מיקרוסקופיה זמן לשגות מאפשרת ההדמיה של תהליכים התפתחותיים. צמיחה או סחיפה של דגימות במהלך רכישת תמונה מפחיתה את היכולת לעקוב באופן מדויק ולמדוד תנועות תא במהלך פיתוח. אנו מתארים את השימוש בתוכנת עיבוד תמונה בקוד פתוח לתיקון לשלושה להיסחף מדגם ממדי לאורך זמן.

תיקון להיסחף לדוגמא בעקבות הזמן לשגות הדמיה 4D Confocal

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

sample-drift-correction-following-4d-confocal-time-lapse-imaging

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

16.3K Views.  Monash University.  מיקרוסקופיה זמן לשגות מאפשרת ההדמיה של תהליכים התפתחותיים. צמיחה או סחיפה של דגימות במהלך רכישת תמונה מפחיתה את היכולת לעקוב באופן מדויק ולמדוד תנועות תא במהלך פיתוח. אנו מתארים את השימוש בתוכנת עיבוד תמונה בקוד פתוח לתיקון לשלושה להיסחף ...

Video: Sample Drift Correction Following 4D Confocal Time-lapse Imaging

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

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or bioartificial scaffold materials, entrapment of cardiac myocytes in hydrogels such as fibrin or collagen and stacking of myocyte monolayers 1. These concepts aim at restoration of compromised cardiac function (e.g. after myocardial infarction) or as experimental models (e.g. predictive toxicology and substance screening or disease modelling). Precise monitoring of cell survival after implantation of engineered heart tissue (EHT) has now become possible using in-vivo bioluminescence imaging (BLI) techniques 2. Here we describe the generation of fibrin-based EHT from a transgenic rat strain with ubiquitous expression of firefly luciferase (ROSA/luciferase-LEW Tg; 3). Implantation is performed into the greater omentum of different rat strains to assess immune responses of the recipient organism following EHT implantation. Comparison of results generated by BLI and the Enzyme Linked Immuno Spot Technique (ELISPOT) confirm the usability of BLI for the assessment of immune responses.

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

This video demonstrates the use of in vivo bioluminescence imaging to study immune responses after implantation of Engineered Heart Tissue (EHT) in rats.

פליטת אור הדמיה עבור הערכת התגובה החיסונית לאחר השתלת רקמת לב הנדסי (EHT)

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

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Video-rate Scanning Confocal Microscopy and Microendoscopy

Confocal microscopy has become an invaluable tool in biology and the biomedical sciences, enabling rapid, high-sensitivity, and high-resolution optical sectioning of complex systems. Confocal microscopy is routinely used, for example, to study specific cellular targets1, monitor dynamics in living cells2-4, and visualize the three dimensional evolution of entire organisms5,6. Extensions of confocal imaging systems, such as confocal microendoscopes, allow for high-resolution imaging in vivo7 and are currently being applied to disease imaging and diagnosis in clinical settings8,9.
Confocal microscopy provides three-dimensional resolution by creating so-called "optical sections" using straightforward geometrical optics. In a standard wide-field microscope, fluorescence generated from a sample is collected by an objective lens and relayed directly to a detector. While acceptable for imaging thin samples, thick samples become blurred by fluorescence generated above and below the objective focal plane. In contrast, confocal microscopy enables virtual, optical sectioning of samples, rejecting out-of-focus light to build high resolution three-dimensional representations of samples.
Confocal microscopes achieve this feat by using a confocal aperture in the detection beam path. The fluorescence collected from a sample by the objective is relayed back through the scanning mirrors and through the primary dichroic mirror, a mirror carefully selected to reflect shorter wavelengths such as the laser excitation beam while passing the longer, Stokes-shifted fluorescence emission. This long-wavelength fluorescence signal is then passed to a pair of lenses on either side of a pinhole that is positioned at a plane exactly conjugate with the focal plane of the objective lens. Photons collected from the focal volume of the object are collimated by the objective lens and are focused by the confocal lenses through the pinhole. Fluorescence generated above or below the focal plane will therefore not be collimated properly, and will not pass through the confocal pinhole1, creating an optical section in which only light from the microscope focus is visible. (Fig 1). Thus the pinhole effectively acts as a virtual aperture in the focal plane, confining the detected emission to only one limited spatial location.
Modern commercial confocal microscopes offer users fully automated operation, making formerly complex imaging procedures relatively straightforward and accessible. Despite the flexibility and power of these systems, commercial confocal microscopes are not well suited for all confocal imaging tasks, such as many in vivo imaging applications. Without the ability to create customized imaging systems to meet their needs, important experiments can remain out of reach to many scientists.
In this article, we provide a step-by-step method for the complete construction of a custom, video-rate confocal imaging system from basic components. The upright microscope will be constructed using a resonant galvanometric mirror to provide the fast scanning axis, while a standard speed resonant galvanometric mirror will scan the slow axis. To create a precise scanned beam in the objective lens focus, these mirrors will be positioned at the so-called telecentric planes using four relay lenses. Confocal detection will be accomplished using a standard, off-the-shelf photomultiplier tube (PMT), and the images will be captured and displayed using a Matrox framegrabber card and the included software.

The complete construction of a custom, real-time confocal scanning imaging system is described. This system, which can be readily used for video-rate microscopy and microendoscopy, allows for an array of imaging geometries and applications not accessible using standard commercial confocal systems, at a fraction of the cost.

וידאו קצב סריקה מיקרוסקופית Confocal ו 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

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, phosphorus, sulfate and trace elements that plants acquire from the soil. If we want to develop sustainable approaches to producing high crop yield, we need to better understand how the root develops, takes up a wide spectrum of nutrients, and interacts with symbiotic and pathogenic organisms. To accomplish these goals, we need to be able to explore roots in microscopic detail over time periods ranging from minutes to days.
We developed the RootChip, a polydimethylsiloxane (PDMS)- based microfluidic device, which allows us to grow and image roots from Arabidopsis seedlings while avoiding any physical stress to roots during preparation for imaging1 (Figure 1). The device contains a bifurcated channel structure featuring micromechanical valves to guide the fluid flow from solution inlets to each of the eight observation chambers2. This perfusion system allows the root microenvironment to be controlled and modified with precision and speed. The volume of the chambers is approximately 400 nl, thus requiring only minimal amounts of test solution.
Here we provide a detailed protocol for studying root biology on the RootChip using imaging-based approaches with real time resolution. Roots can be analyzed over several days using time lapse microscopy. Roots can be perfused with nutrient solutions or inhibitors, and up to eight seedlings can be analyzed in parallel. This system has the potential for a wide range of applications, including analysis of root growth in the presence or absence of chemicals, fluorescence-based analysis of gene expression, and the analysis of biosensors, e.g. FRET nanosensors3.

This article provides a protocol for cultivation of Arabidopsis seedlings in the RootChip, a microfluidic imaging platform that combines automated control of growth conditions with microscopic root monitoring and FRET-based measurement of intracellular metabolite levels.

זמן לשגות דימות פלואורסצנטי של צמיחה רוט ארבידופסיס עם מניפולציה מהירה של הסביבה רוט שימוש 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

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with some of the spatial and molecular complexity of tissue. For example, many cell lines form 3D structures given appropriate in vitro conditions. Colon cancer cell lines form 3D cell culture spheroids, in vitro mimics of avascular tumor nodules. While immunohistochemistry and other classical imaging methods are popular for monitoring the distribution of specific analytes, mass spectrometric imaging examines the distribution of classes of molecules in an unbiased fashion. While MALDI mass spectrometric imaging was originally developed to interrogate samples obtained from humans or animal models, this report describes the analysis of in vitro three dimensional cell cultures, including improvements in sample preparation strategies. Herein is described methods for growth, harvesting, sectioning, washing, and analysis of 3D cell cultures via matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry (MALDI-MS) imaging. Using colon carcinoma 3D cell cultures as a model system, this protocol demonstrates the ability to monitor analytes in an unbiased fashion across the 3D cell culture system with MALDI-MSI.

Immortalized cancer cell lines can be grown as 3D cell cultures, a valuable model for biological research. This protocol describes mass spectrometry imaging of 3D cell cultures, including improvements in the sample preparation platform. The goal of this protocol is to instruct users to prepare 3D cell cultures for mass spectrometry imaging analysis.

לדוגמא הכנת אסטרטגיות להדמית ספקטרומטריית המסה של מודלי תרבית תאי 3D

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

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The chip produces monodisperse aqueous sample droplets in perfluorohexane (PFH). Size and frequency of the aqueous droplets can be varied in the range of 40 to 60 &#181;m and from 90 to 7,000&#160;Hz, respectively. The droplets are ejected from the chip with a second flow of PFH and remain intact during the ejection. A custom-built desolvation system removes the PFH and transports the droplets into the ICPMS. Here, very stable signals with a narrow intensity distribution can be measured, showing the monodispersity of the droplets. We show that the introduction system can be used to quantitatively determine iron in single bovine red blood cells. In the future, the capabilities of the introduction device can easily be extended by the integration of additional microfluidic modules.

We present a discrete droplet sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). It is based on a cheap and disposable microfluidic chip that generates highly monodisperse droplets in a size range of 40&#8722;60 &#181;m at frequencies from 90 to 7,000 Hz.

שבב microfluidic למבוא לדוגמא ICPMS

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

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem cell (iPS) emerged as a new method in regenerative medicine. Although this tissue regeneration is promising, contamination with unwanted cells during tissue cultures is a major concern. Moreover, there is a safety concern regarding tumorigenicity after transplantation. Therefore, there is an urgent need for eliminating specific cells without damaging other cells that need to be protected, especially in established tissue. Here, we present a method for specific cell elimination from a mixed 3D cell culture in vitro with near infrared photoimmunotherapy (NIR-PIT) without damaging non-targeted cells. This technique enables the elimination of specific cells from mixed cell cultures or tissues.

Eliminating specific cells without damaging other cells is extremely difficult, especially in established tissue, yet there is an urgent need for a cell elimination method in the tissue engineering field. Here, we present a method for specific cell elimination from a mixed 3D cell culture using near infrared photoimmunotherapy (NIR-PIT).

ביעור Cell סלקטיבי מן תרבות 3D מעורבת באמצעות טכניקה האדומה קרוב Photoimmunotherapy

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

The study of how mammalian cell division is regulated in a 3D environment remains largely unexplored despite its physiological relevance and therapeutic significance. Possible reasons for the lack of exploration are the experimental limitations and technical challenges that render the study of cell division in 3D culture inefficient. Here, we describe an imaging-based method to efficiently study mammalian cell division and cell-matrix interactions in 3D collagen matrices. Cells labeled with fluorescent H2B are synchronized using the combination of thymidine blocking and nocodazole treatment, followed by a mechanical shake-off technique. Synchronized cells are then embedded into a 3D collagen matrix. Cell division is monitored using live-cell microscopy. The deformation of collagen fibers during and after cell division, which is an indicator of cell-matrix interaction, can be monitored and quantified using quantitative confocal reflection microscopy. The method provides an efficient and general approach to study mammalian cell division and cell-matrix interactions in a physiologically relevant 3D environment. This approach not only provides novel insights into the molecular basis of the development of normal tissue and diseases, but also allows for the design of novel diagnostic and therapeutic approaches.

This protocol efficiently studies mammalian cell division in 3D collagen matrices by integrating synchronization of cell division, monitoring of division events in 3D matrices using live-cell imaging technique, time-resolved confocal reflection microscopy and quantitative imaging analysis.

בתרבית של חלוקת התא במטריצות תלת-ממד באמצעות מיקרוסקופ השתקפות קונאפוקלית כמותיים

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

Visualizing Adhesion Formation in Cells by Means of Advanced Spinning Disk-Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

In living cells, processes such as adhesion formation involve extensive structural changes in the plasma membrane and the cell interior. In order to visualize these highly dynamic events, two complementary light microscopy techniques that allow fast imaging of live samples were combined: spinning disk microscopy (SD) for fast and high-resolution volume recording and total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy for precise localization and visualization of the plasma membrane. A comprehensive and complete imaging protocol will be shown for guiding through sample preparation, microscope calibration, image formation and acquisition, resulting in multi-color SD-TIRF live imaging series with high spatio-temporal resolution. All necessary image post-processing steps to generate multi-dimensional live imaging datasets, i.e. registration and combination of the individual channels, are provided in a self-written macro for the open source software ImageJ. The imaging of fluorescent proteins during initiation and maturation of adhesion complexes, as well as the formation of the actin cytoskeletal network, was used as a proof of principle for this novel approach. The combination of high resolution 3D microscopy and TIRF provided a detailed description of these complex processes within the cellular environment and, at the same time, precise localization of the membrane-associated molecules detected with a high signal-to-background ratio.

An advanced microscope that permit fast and high-resolution imaging of both, the isolated plasma membrane and the surrounding intracellular volume, will be presented. The integration of spinning disk and total internal reflection fluorescence microscopy in one setup allows live imaging experiments at high acquisition rates up to 3.5 s per image stack.

להמחיש אדהזיה היווצרות בתאים באמצעות מתקדם ספינינג מיקרוסקופ פלורסצנטיות השתקפות פנימית דיסק-סיכום

In living cells, processes such as adhesion formation involve extensive structural changes in the plasma membrane and the cell interior. In order to ...

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

Due to the rapid development and implementation of a diverse array of engineered nanomaterials (ENM), exposure to ENM is inevitable and the development of robust, predictive in vitro test systems is essential. Hepatic toxicology is key when considering ENM exposure, as the liver serves a vital role in metabolic homeostasis and detoxification as well as being a major site of ENM accumulation post exposure. Based upon this and the accepted understanding that 2D hepatocyte models do not accurately mimic the complexities of intricate multi-cellular interactions and metabolic activity observed in vivo, there is a greater focus on the development of physiologically relevant 3D liver models tailored for ENM hazard assessment purposes in vitro. In line with the principles of the 3Rs to replace, reduce and refine animal experimentation, a 3D HepG2 cell-line based liver model has been developed, which is a user friendly, cost effective system that can support both extended and repeated ENM exposure regimes (&#8804;14 days). These spheroid models (&#8805;500 &#181;m in diameter) retain their proliferative capacity (i.e., dividing cell models) allowing them to be coupled with the &#8216;gold standard&#8217; micronucleus assay to effectively assess genotoxicity in vitro. Their ability to report on a range of toxicological endpoints (e.g., liver function, (pro-)inflammatory response, cytotoxicity and genotoxicity) has been characterized using several ENMs across both acute (24 h) and long-term (120 h) exposure regimes. This 3D in vitro hepatic model has the capacity to be utilized for evaluating more realistic ENM exposures, thereby providing a future in vitro approach to better support ENM hazard assessment in a routine and easily accessible manner.

This procedure was established to be used for developing advanced 3D hepatic cultures in vitro, which can provide a more physiologically relevant assessment of the genotoxic hazards associated with nanomaterial exposures over both an acute or long-term, repeated dose regimes.

דגמי כבד תלת-ממדיים מתקדמים לבדיקות גנוטוקסיות במבחנה בעקבות חשיפה ננו-חומרית לטווח ארוך

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