単一平面照明モジュールと広視野顕微鏡用マイクロキャピラリーアプローチ
Summary
単一平面照明顕微鏡法のためのモジュール（SPIM）を容易に反転広視野顕微鏡に適合し、3次元細胞培養に最適化されて記載されている。試料は、長方形のキャピラリー内に配置され、マイクロ流体システムを介して蛍光色素、薬剤または薬物は、少量で適用することができる。
Abstract
簡単に、反転広視野顕微鏡に適合し、3次元細胞培養に最適化されて記述されている光シートまたは単一平面照明顕微鏡（SPIM）のためのモジュール、例えば、多細胞腫瘍スフェロイド（MCTS）。 SPIM励起モジュールの形状や試料が顕微鏡の検出経路に垂直なシート光によって照らされるように光を偏向する。システムは、照明光シートの同期調整と同様に蛍光検出のために使用される対物レンズにより、試料（また、回転用マイクロキャピラリーアプローチによって、高度なバージョンで）保持するための長方形のキャピラリーを使用することを特徴とする蛍光色素、少量の薬剤または薬物の適用のためのマイクロ流体システムの適応による。このシステムを操作するためのプロトコルが与えられ、いくつかの技術的な詳細が報告されます。代表的な結果は、最大の（1）測定値を含む酸化剤の添加により細胞増殖抑制薬物（ドキソルビシン）と、分解生成物への部分的変換の遺伝的にコードされるグルタチオンセンサを使用することにより、（2）酸化還元測定を行い、（3）開始との阻害の際に細胞壊死のラベリングミトコンドリア呼吸鎖。既存のシステムと比較して現在のSPIMモジュールの違いおよび利点は、説明されています。
Introduction
十分に確立された方法（共焦点又は多光子レーザー走査顕微鏡1-4、構造化照明顕微鏡5,6）光シート又は単一平面照明顕微鏡（SPIM）に加えて、3D撮像7,8の有益な方法であることが証明され、 9。特に興味深いのは、創薬研究10,11のためにますます使用されている3次元細胞培養、 たとえば、多細胞腫瘍球（MCTS）、への応用である。さらに、SPIMも長期暴露または反復測定値に低光用量のみ、この面が光に曝露されたサンプルの各平面を測定するためのので、サンプルの生存性を維持するために必要とされる優先的な方法である。アップ多数の面光線量和の記録時と試料12を損傷することができるように、これは、各焦点面の検出のための試料全体が点灯している他の顕微鏡技術とは対照的である。 </P>
シート光顕微鏡またはSPIMは、シリンドリカルレンズを使用することによって、または励起用レーザビームを走査することにより、いずれかの観察光路（総説については参考文献8を参照）に直交する方向の試料の照射に基づいている。これは多くの場合、特別なサンプルチャンバ13,14または行列を必要とし、 例えば、アガロース7,15、特別な高コスト顕微鏡で実装。これらのシステムに代わるものとしてSPIMための比較的簡単な照明装置は開発され、従来の倒立顕微鏡16（ 図1参照）に適合。約100μmの被写界深度を超える6-10ミクロンの厚さのシート光には、8mmの直径に拡張し、シリンドリカルレンズ（0.08：50ミリメートル、開口数、焦点距離）により集光されたレーザ光から構成され。サンプルは、顕微鏡対物レンズのlenの前方に配置600-900ミクロンの内径の長方形のキャピラリーに配置されている蛍光検出のための。これらの主な機能は、現在完了して保持するための蛍光検出（同一の光路に使用される（軸方向）のサンプル、照明光シートの同期調整と、対物レンズを回転させるための高度なマイクロキャピラリーアプローチを使用することによって最適化されている変位の長さは、このように、必要な数量と費用を最小限に抑え、機械的な飼料の補正）、および蛍光色素、医薬品または薬物の適用のためのマイクロ流体システムの適応を必要とする。
Protocol
Representative Results
Discussion
現在の原稿は、光シートまたは3次元細胞システム用に最適化され、単一の平面照明顕微鏡（SPIM）デバイス、 例えば、多細胞腫瘍球（MCTS）について説明します。 3つの例示的な用途は、（1）細胞増殖抑制剤の取り込みおよび（化学療法剤の有効性への寄与はまだ評価されたまま）の分解生成物への部分的変換、遺伝的にコード化されたグルタチオンセンサの使用時によりレドックス状…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
このプロジェクトは、土地バーデン=ヴュルテンベルク州が資金提供だけでなく、欧州連合（EU）による、ユーロぺッシャーフォンエリーゼオルシEntwicklungダイた。著者らは、熟練した技術支援のためのU251-MG-L106-Grx1-roGFP2細胞株とクラウディアヒンツェを提供するためのライナー·ウィッティヒ（ILMウルム）をお願いいたします。
Materials
| Name of the Material/Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description(optional) |
| microtiter plate | Orange Scientific | 4430100 | for cell spheroid growing |
| agarose | Carl Roth GmbH | 3810.1 | for cell spheroid growing |
| MCF-7 cell line | CLS Cell Lines Service GmbH | 300273 | cell line |
| U251-MG-L106 cell line | cell line | ||
| DMEM | Biochrom AG (Merck Millipore) | FG0435 | culture medium |
| DMEM/Ham's F-12 | Biochrom AG (Merck Millipore) | FG4815 | culture medium |
| FCS | Biochrom AG (Merck Millipore) | S0615 | cell culture supplement |
| penicillin/streptomycin | Biochrom AG (Merck Millipore) | A 2213 | antibiotics |
| hygromycin B | PAA Laboratories | P02-015 | antibiotic |
| EBSS | Sigma-Aldrich Inc. | E3024 | cell culture supplement |
| doxorubicin | Sigma-Aldrich Inc. | D1515 | fluorescent dye (CAUTION: acute toxicity) |
| green cytotoxicity dye | Promega GmbH | G8742 | CellTox – fluorescent cytotoxicity dye |
| rotenone | Sigma-Aldrich Inc. | R8875 | cellular inhibitor (CAUTION: acute toxicity) |
| hydrogen peroxide (H2O2) | Sigma-Aldrich Inc. | 95302 | reagent for oxidation (CAUTION: acute toxicity) |
| capillary | VitroCom | 8260-050 | sample preparation |
| microscope | Carl Zeiss Jena | Axiovert 200M | |
| AxioCam MRc CCD-camera | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | 426508-9901-000 | CCD-camera |
| AxioVision data aquisition software | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | version 4.8.2. | |
| laser diode | Pico Quant GmbH | LDH-P-C-470 | used with driver PDL800-B |
| perestaltic pump | Ismatec Labortechnik | MS-1 Reglo | re-callibrated to reduce the minimum pump speed by 1/10 |
| silicone tubes | IDEX Health & Science GmbH | TYGON R3607 |
References
- Pawley, J. . Handbook of biological confocal microscopy. , (1990).
- Webb, R. H. Confocal optical microscopy. Rep. Prog. Phys. 59, 427-471 (1996).
- Denk, W., Strickler, J. H., Webb, W. W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science. 248 (4951), 73-76 (1990).
- König, K. Multiphoton microscopy in life sciences. J. Microsc. 200 (2), 83-104 (2000).
- Neil, M. A., Juskaitis, R., Wilson, T. Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope. Opt. Lett. 22 (24), 1905-1907 (1997).
- Gustafsson, M. G. L., et al. Three-dimensional resolution doubling in wide-field fluorescence microscopy by structured illumination. Biophys. J. 94 (12), 4957-4970 (2008).
- Huisken, J., Swoger, J., del Bene, F., Wittbrodt, J., Stelzer, E. H. K. Optical sectioning deep inside live embryos by SPIM. Science. 305 (5686), 1007-1009 (2004).
- Huisken, J., Stainier, D. Y. R. Selective plane illumination microscopy techniques in development biology. Development. 136 (12), 1963-1975 (2009).
- Santi, P. A. Light sheet fluorescence microscopy: a review. J. Histochem. Cytochem. 59 (2), 129-138 (2011).
- Kunz-Schughart, L. A., Freyer, J. P., Hofstaedter, F., Ebner, R. The use of 3-D cultures for high throughput screening: the multi-cellular spheroid model. J. Biomol. Screen. 9 (4), 273-285 (2004).
- Schneckenburger, H., et al. Multi-dimensional fluorescence microscopy of living cells. J. Biophotonics. 4 (3), 143-149 (2011).
- Schneckenburger, H., et al. Light exposure and cell viability in fluorescence microscopy. J. Microsc. 245 (3), 311-318 (2012).
- Ritter, J. G., Veith, R., Veenendaal, A., Siebrasse, J. P., Kubitschek, U. Light sheet microscopy for single molecule tracking in living tissue. PLoS One. 5 (7), e11639:1-e11639:7 (2010).
- Mertz, J., Kim, J. Scanning light-sheet microscopy in the whole mouse brain with HiLo background rejection. J. Biomed. Opt. 15 (1), 016027 (2010).
- Fahrbach, F. O., Rohrbach, A. A line-scanned light-sheet microscope with phase shaped self-reconstructing beams. Opt. Express. 18 (23), 24229-24244 (2010).
- Bruns, T., Schickinger, S., Wittig, R., Schneckenburger, H. Preparation strategy and illumination of 3D cell cultures in light-sheet based fluorescence microscopy. J. Biomed. Opt. 17 (10), 101518 (2012).
- Ma, H. L., et al. Multicellular tumor spheroids as an in vivo-like tumor model for three-dimensional imaging of chemotherapeutic and nano material cellular penetration. Mol. Imaging. 11 (6), 487-498 (2012).
- Weber, P., Wagner, M., Schneckenburger, H. Cholesterol dependent uptake and interaction of doxorubicin in MCF-7 breast cancer cells. Int. J. Mol. Sci. 14 (4), 8358-8366 (2013).
- Hovorka, O., et al. Spectral analysis of doxorubicin accumulation and the indirect quantification of its DNA intercalation. Eur. J. Pharm. Biopharm. 76 (3), 514-524 (2010).
- Schickinger, S., Bruns, T., Wittig, R., Weber, P., Wagner, M., Schneckenburger, H. Nanosecond ratio imaging of redox states in tumor cell spheroids using light sheet-based fluorescence microscopy. J. Biomed. Opt. 18 (12), 126007 (2013).
- Lippert, H., Wald, M., Radt, B. Optical arrangement for the production of a light sheet. U.S. Patent. , (2010).
- Lorenzo, C., et al. Live cell division dynamics monitoring in 3D large spheroid tumor models using light sheet microscopy. Cell Division. 6 (22), 1-8 (2011).
- Bruns, T., Schneckenburger, H., Schickinger, S. Sample holder for rotation of three-dimensional specimens in microscopy. European Patent Application. , (2013).
