Microscopia óptica de dispersão com base em filtros Gabor Two-Dimensional
Summary
Demonstramos um método de microscopia de campo escuro com base em Gabor-como filtragem para medir a dinâmica subcelulares dentro de células vivas único. A técnica é sensível a alterações na estrutura das organelas, tais como a fragmentação mitocondrial.
Abstract
Demonstramos um instrumento microscópicas que podem medir textura subcelulares decorrentes da organela morfologia e organização dentro de células vivas sem mácula. O instrumento proposto se estende a sensibilidade da microscopia óptica rótulo sem a mudanças em nanoescala em organela tamanho e forma e podem ser usados para acelerar o estudo da relação estrutura-função pertencentes a organela dinâmica subjacente processos biológicos fundamentais, como a morte celular programada ou celular diferenciação. O microscópio pode ser facilmente implementado em plataformas de microscopia existentes, e pode, portanto, ser divulgada a laboratórios específicos, onde os cientistas podem implementar e utilizar os métodos propostos com acesso irrestrito.
A técnica proposta é capaz de caracterizar a estrutura subcelular, observando a célula através de duas dimensões filtros ópticos Gabor. Esses filtros podem ser ajustados para sentir com a sensibilidade (10 de nm) em nanoescala, atributos específicos morfológicas relativas ao tamanho e orientação de não-esférica organelas subcelulares. Embora baseado em contraste gerado por espalhamento elástico, a técnica não se baseia em um modelo de espalhamento inverso ou detalhada sobre a teoria Mie para extrair medidas morfométricas. Esta técnica é, portanto, aplicável a não-esférica organelas para a qual uma descrição precisa dispersão teórica não é facilmente determinada, e fornece parâmetros morfométricos distintivo que pode ser obtido dentro de células vivas sem mácula para avaliar a sua função. A técnica é vantajosa em comparação com processamento digital de imagens em que ele atua diretamente no campo do objeto, em vez de transformar a intensidade do objeto é discretizada. Ele não depende de altas taxas de amostragem de imagem e, portanto, pode ser usada para rapidamente tela de atividades morfológicas dentro de centenas de células de cada vez, portanto, facilitando bastante o estudo da estrutura organela organela além da segmentação individual e reconstrução por microscopia de fluorescência confocal de imagens digitais altamente ampliada de campos de vista limitado.
Nesta demonstração vamos mostrar dados de uma diatomácea marinha para ilustrar a metodologia. Nós também mostram os dados preliminares coletados em células vivas para dar uma idéia de como o método pode ser aplicado em um contexto biológicas relevantes.
Protocol
Discussion
O método descrito acima produz mapas morfométricos do objeto que pode codificar tamanho de partícula ou orientação, por exemplo. Esta informação estrutural pode ser usado de várias maneiras:
- Ele pode ser usado como uma tela inicial para identificar as regiões de tecidos ou células que são alteradas durante um tratamento específico e, em seguida, aprofundar a análise destas regiões com os ensaios moleculares e bioquímicas.
- Pode ser usado em conjunto com fluorescência para produzir u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O dispositivo de micro-espelho nesta pesquisa foi financiada pela Fundação Whitaker conceder RG-02-0682 a N. Boustany. Trabalhos em curso é financiado pela concessão do NSF-DBI-0852857 para N. Boustany. Pasternack RM foi parcialmente financiado por uma Bolsa de Pós-Graduação Rutgers Presidencial. Gostaríamos também de agradecer ao Dr. E. White para as células iBMK utilizado em nossos estudos e Metaxas Dr. DN para discussão útil sobre óptica estratégias de filtragem.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| 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 Biosciences | |||
| Heparin | Sigma | |||
| Staurosporine | Sigma | |||
| Dymethylsulfoxide | Sigma | |||
| Inverted microscope | Carl Zeiss | Axiovert 200M | ||
| DMD | Texas Instruments | TI 0.7 XGA DMD 1100 | ||
| CCD | Roper Scientific | Cascase 512B | High (16 bit) dynamic range CCD | |
| CCD | Roped Scientific | Coolsnap cf |
References
- Pasternack, R. M., Qian, Z., Zheng, J. -. Y., Metaxas, D. N., White, E., Boustany, N. N. Measurement of Subcellular Texture by Optical Gabor-Like Filtering with a Digitial Micromirror Device. Optics Letters. 33 (19), 2209-2211 (2008).
- Pasternack, R. M., Qian, Z., Zheng, J. -. Y., Metaxas, D. N., Boustany, N. N. Highly sensitive size discrimination of submicron objects using optical Fourier filtering based on two-dimensional Gabor filters. Optics Express. 17 (14), 12001-12012 (2009).
- Zheng, J. -. Y., Pasternack, R. M., Boustany, N. N. Optical scatter imaging with a digital micromirror device. Optics Express. 17 (22), 20401-20414 (2009).
