Optical Microscopy Scatter auf zweidimensionalen Gabor-Filtern
Summary
Wir zeigen eine Dunkelfeld-Mikroskopie-Methode auf Gabor-ähnliche Filterung subzellulären Dynamik in einzelnen lebenden Zellen zu messen basiert. Die Technik ist empfindlich auf Veränderungen in der Struktur der Organellen, wie Mitochondrien Fragmentierung.
Abstract
Wir zeigen eine mikroskopische Instrument, das subzelluläre Textur aus Organellen Morphologie und Organisation innerhalb ungefärbten lebenden Zellen messen können. Das vorgeschlagene Instrument erweitert die Empfindlichkeit des label-free optische Mikroskopie an nanoskaligen Veränderungen in Organellen Größe und Form und kann verwendet werden, um die Untersuchung der Struktur-Funktions-Beziehung in Bezug auf Organelle Dynamik zugrunde liegenden fundamentalen biologischen Prozessen wie der programmierte Zelltod oder zellulären beschleunigen Differenzierung. Das Mikroskop kann leicht auf die bestehenden Mikroskopie-Plattformen implementiert werden und können daher für einzelne Laboratorien, in denen Wissenschaftler implementieren und können mit dem vorgeschlagenen Verfahren mit unbeschränktem Zugriff verbreitet werden.
Die vorgeschlagene Technik ist in der Lage, subzelluläre Struktur durch die Beobachtung der Zelle durch zweidimensionale optische Gabor-Filter zu charakterisieren. Diese Filter können zu spüren, mit nanoskaligen (10 ist der nm) Empfindlichkeit, spezifischen morphologischen Eigenschaften in Bezug auf die Größe und Orientierung des nicht-sphärischen subzellulären Organellen abgestimmt werden. Während auf dem Kontrast von elastischen Streuung verursacht haben, ist die Technik nicht auf einer detaillierten inverse Streu-Modell oder Mie-Theorie stützen, um morphometrische Messungen zu extrahieren. Diese Technik ist daher für nicht-sphärische Organellen in denen eine genaue theoretische Beschreibung Streuung nicht einfach gegeben ist, und bietet unverwechselbare morphometrischen Parameter, die innerhalb ungefärbten lebenden Zellen gewonnen werden, um ihre Funktion zu beurteilen können. Die Technik ist vorteilhaft im Vergleich mit der digitalen Bildverarbeitung, dass es wirkt sich direkt auf das Objekt-Feld zu verwandeln, anstatt die diskretisierten Objekts Intensität. Es kommt nicht auf hohe Bildqualität Abtastraten verlassen und kann daher verwendet werden, um schnell Bildschirm morphologische Aktivität in Hunderten von Zellen zu einem Zeitpunkt, somit erheblich erleichtert das Studium der Organellen-Struktur über einzelne Organellen Segmentierung und Rekonstruktion durch Fluoreszenz konfokale Mikroskopie von stark vergrößerten digitalen Bildern der begrenzten Bereichen zu sehen.
In dieser Demonstration zeigen wir Daten aus einem marinen Kieselalgen, die Methodik zu veranschaulichen. Wir zeigen auch vorläufige Daten aus lebenden Zellen gesammelt, um eine Idee, wie das Verfahren kann in einem relevanten biologischen Kontext angewendet werden geben.
Protocol
Discussion
Das oben beschriebene Verfahren liefert morphometrische Karten des Objekts, das Partikel-Größe oder Ausrichtung zum Beispiel codieren kann. Diese strukturelle Information kann auf verschiedene Arten genutzt werden:
- Es kann als Einstieg, um Gewebe oder Zellen Regionen, die während einer bestimmten Behandlung verändert werden und dann weiter zu analysieren diesen Regionen mit spezifischen molekularen und biochemischen Assays zu identifizieren verwendet werden.
- Es kann in Verbindung mit Fluoresze…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Mikrospiegel-Gerät in dieser Untersuchung wurde von Whitaker Foundation Grant RG-02 bis 0682 zu N. Boustany finanziert. Laufende Arbeiten von zu gewähren NSF-DBI-0852857 bis N. Boustany finanziert. RM Pasternack wurde teilweise durch eine Rutgers Presidential Graduate Fellowship unterstützt. Wir möchten auch Dr. E. Weiß für die iBMK Zellen in unseren Studien und Dr. DN Metaxas für nützliche Diskussion über optische Filterung Strategien danken.
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).
