在这里, 我们描述了一个工作流, 以自动和无偏见的方式选择 TEM 的区域。用户在 TEM 下的超薄部分中选择感兴趣的区域, 并为工作流使用多种软件解决方案, 包括我们
的 Rps
软件, 该软件自动计算区域内20个采样区域的坐标。兴趣。然后, 将 TEM 阶段移动到每个采样区域进行摄影。这既可以用于分析单个部分, 也可以用于分析对截面的分析, 即已知的距离, 这允许在没有调查员偏见的情况下选择成像区域。
在记录小鼠大脑第4
、
5
节的超微结构特征时, 这一工作流程
被
证明是有价值的。在这些研究中, 齿状回 (Dentate) 的多形细胞层被作为感兴趣的区域进行了研究。我们的方法被证明适用于检查 DG, 因为背侧 DG (Bregma-1.3) 的冠状部分适合超薄部分, 其轮廓在低放大倍率下很容易识别。如果要检查其他大脑区域, 在规划实验之前, 一定要检查它们的大小和特征。
应用此处描述的工作流程表明, EE 外壳在 DGpl
4 中
相对于标准住房条件而言, 显著增加了突触裂隙的宽度。此外, 在 ae 宿主动物
4
中, 致密的核囊泡数量显著减少, 这表明神经肽家族的变化。当 WT 和 NPY 敲除小鼠在 EE 条件下保持时, DGpl 中的神经元数量增加, 而 DCV 的密度相对于 se 外壳5而言而降低.
相比之下, NPY 淘汰赛导致与住房条件无关的储备池 (未停靠突触泡) 中突触泡显著增加 5.
EE 对 NPY KO 组突触裂隙宽度的影响发生逆转, 导致 ee 固定的 WT 和 NPY KO 小鼠
5
之间存在显著差异。结合 WT 和 NPY 淘汰赛动物在两种住房条件下的行为研究, 这表明 NPY 对 EE
5
的神经生物学效应具有至关重要的作用。
为了可视化储存在人脑中的铁, 为 SerialEM 软件编写了一个脚本, 从整个超薄截面内随机选择采集点, 目的是在这些点中的每一个点获得能量过滤电子显微镜.将切片加载到电子显微镜后, 脚本在一夜之间执行了部分的稳定 (
即
"特殊烹饪" 例程)。然后, 脚本从
图 3
中标记为光栅的点随机选择了用户预定义的一些点。通过生成测试微图并检查其灰度, 脚本检查所选点是否位于节的可见部分, 拒绝落在网格栏上的点。大多数工作流都是由脚本处理的, 用户的交互最小。但是, 不可能自动记录能量过滤的显微图像 (使用此设置), 因为对于 SerialEM 的自动对焦例程来说, 光线太少。因此, 我们切换到 DM 软件的脚本已移动阶段到每个点, 调整焦点的手, 并使 EFTEM 的铁图像。
图 4
显示了来自人类大脑死后的 eftem 铁图像的一个示例。
图 1
。
工作流的插图.
(A)
显示了样品制备的主要步骤 (箭头方向): 振动部分 (i)、嵌入 (ii)、切割半薄和超薄部分 (iii) 以及在铜网格上捕捉超薄部分对 (iv)。
(B)
使用显微镜供应商的软件和定制的 rps 软件来创建采样区域坐标, 以确定记录位置。部分的角点存储在显微镜软件中, 并概述了 ROI (在半薄部分的帮助下确定) (i);在 ROI 上生成采样区域的网格, 在 x 和 y 中引入随机移位 (红色箭头)。移位小于采样区域之间的距离 (黑色箭头), 因此, 使用随机移动的蓝色方块不是没有移位的黑色方块 (ii);仅使用 ROI 边界内的采样区域 (绘制为黑色和蓝色方块) 进行记录。在参考部分 (黑色正方形) 和查找部分 (蓝色正方形) (iii) 中的相应位置都进行了微图。
(C)
在每个采样区域以足够的放大倍率制作显微镜;由多个合并图像组成的蒙太奇, 如果需要 (在这种情况下, 2 x 2 图像合并在一起) (i);将生成计数帧并将其显示为图像中的叠加, 框架内的结构和 "
接受
线" (虚线) 上的结构将被计数, 但不会对 "
禁止线
" (实心帧线) (ii) 上的结构进行计数。
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图 2
.测量具有无偏数帧的一对超薄截面上的超微结构参数。(A)
用于计数和分析细胞结构的 ImageJ 窗口概述。左手边显示了以计数框架为叠加的电子显微镜。右侧: ImageJ 用户界面 (蓝色矩形), 带有下拉菜单 (顶部) 和工具栏 (如下所示);
对象编辑器 (
绿色矩形);
对象
工具窗口 (橙色矩形), 其中可以选择测量工具和
objectj 结果
窗口 (黑色矩形), 其中记录了所有测量。
(B)
a 中显示电子显微镜上有标记的突触的细节 (两个部分上的突触----箭头; 仅在查找部分----箭头上的突触)。这些标记使用 "图像 j" 中工具
栏
中的
"多点工具
" (红色圆圈)。
(C)
突触特征的名称和测量参数是使用
Objectj 工具
定义的。选择
了 "标记工具
" 和感兴趣的功能, 并通过沿结构向左单击鼠标在图像中绘制轮廓。
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图 3
。
选择能量过滤透射电子显微镜投资回报率内元素映射的采样区域
。序列板用于选择感兴趣的区域, 并建议在固定间距 (图像 A 和 B 中的粉红色交叉) 的大量采样区域。脚本然后随机选择要获取的采样区域 (从这些预定义的坐标)。在 ROI 范围内选择了20个照明良好的采样区域后, 将拒绝照明较差的采样区域, 以避免网格条, 脚本将立即停止。
(A)
概述了整个感兴趣的区域, 由多边形概述, 有大量可能的采样区域用 x
. (b) a 的
详细信息显示随机选择之前的采样区域。
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图 4
。
元素图 (eftem) 采集示例
。
(A)
采集点周围区域的明亮场 tem 显微图。随机选择的区域用于获取元素图, 并以黑色矩形进行标记。
(B)
在随机选择的区域内制作的前边缘窗口图像。
(C)
eftem 后边缘窗口图像在同一区域制作。
(D)
同一地区 (m 边) 的铁元素图。
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这里介绍的工作流程允许研究人员以公正的方式获取有关超微结构特征的数据。与串行部分的批量调查相比, 这耗费的时间要短得多。为实现这一目标, 使用了几种不同的应用程序。首先, 我们定制的
Rps
软件 (有关可用性的详细信息, 请联系相应的作者) 用于引入随机阶段转换来选择采样区域坐标。这样就可以对 ROI 进行系统统一的随机抽样。接下来, 对于特定结构的计数, 我们采用了分解方法, 以一种新的方式比较了两个已知距离的连续部分, 与以前的研究
13
,
14
, 15 相比,
我们
使用我们的定制的 RPS 软件, 用于系统均匀的随机抽样。与从串行截面进行三维重构整个卷相比, 这节省了时间。定制的 RPS 软件是专门为一种类型的显微镜开发的, 它是复制工作流的限制因素。此特定软件的另一种方法是允许编写脚本并与其他显微镜模型兼容的应用程序。
我们成功地将这种方法用于比较研究
4
,
5
。在神经元组织的超薄部分上, 概述了感兴趣的区域, 并在该区域内进行了系统均匀的随机抽样, 拍摄了图像。必须指出的是, 感兴趣的区域, 齿状回的多形性层, 是一个相当小的研究区域, 这可能有利于我们的方法。在随机放置的检测器中, 我们评估了位于 SE 和 EE 中的成年小鼠 DGpl 中 dgpl 中 dgpl 中 DGCV 的数量和突触的几种超微结构特征, 以及成年 WT 小鼠与成年 NPY 敲除小鼠的数量。使用我们的方法, 收集到的数据显示了一些被调查参数的变化。这些发现证实了其他类似研究的少年动物
2
。
此工作流的实验用法的一个缺点可能是, 这种多应用程序方法在用户友好性方面并不理想, 因为用户需要适应不同的用户界面 (在我们的情况下, 用户界面, TEM 串行节), RPS 软件和序列化程序软件)。学会以高效的方式处理所有应用程序是耗时的, 应该加以考虑。然而, 投入时间学习使用此工作流仍然是有利的时间, 这是需要分析整个卷与串行部分 TEM。在感兴趣的区域内使用系统均匀随机抽样放置的检测器的方法足以提供可靠的数据
1
, 而无需研究大量的分段体积。
为了在我们的研究中最大限度地发挥结果, 在样品制备过程中必须小心, 因为组织和结构的保存不仅对评估结构特征至关重要, 而且对明确确定感兴趣的领域也至关重要。这种方法的一个关键因素, 也许也是另一个缺点, 就是需要高质量的超薄截面对: 在任何一个截面上, 都必须没有覆盖被调查区域的洞或皱纹, 并且截面厚度必须是保持均匀。研究人员必须在超微切除术方面有良好的培训。在对 TEM 中的截面进行成像时, 也必须小心, 因为这些截面对电子束损伤很敏感, 很容易撕裂。此外, 在 ROI 中选择合适的采样区域数量也很重要。根据实验目的, 电子显微镜的放大倍率必须仔细设置。具体对于我们的实验, 计算中枢神经系统中的突触, 面积为 30.25μm
2
的一个部分上的20个感兴趣的区域是最佳的。建议对人员进行良好的培训, 以识别相关特征 (在我们的情况下, 突触, 突触特征和 DCV), 以获得可靠的结果。为了识别突触, 突触囊泡必须是可识别的, 这需要至少10纳米的分辨率。为此, 5000X 的放大倍率是最佳的, 但必须注意的是, 放大倍率取决于硬件参数, 如相机的类型和位置, 需要适应其他显微镜和/或相机类型。还必须注意的是, 协议使用的应用程序特定于一个 TEM, 具有其他模型的用户必须考虑设置中的差异。
我们相信, 只要研究问题需要系统的统一, 我们的工作流程不仅可以适应神经科学的许多其他应用, 还可以适应生物科学和材料科学的广泛领域 (当需要 TEM 的高分辨率时)随机抽样和要检查的样本量要求有一个时间效率的分析方法。例如, 我们目前对在人脑中本地化铁储存感兴趣。为此, 我们最近调整了我们的工作流程, 以便能够对随机选择的区域中的超薄截面进行元素分析。为了最大限度地减少工作流所需的应用程序数量, 我们的目标是仅使用 SerialEM 软件, 因为可以对其进行编程, 以便将舞台移动到可随机选择的预设点。我们创建了自定义脚本来控制 TEM, 目的是使工作流完全自动化。这证明是可行的, 但在滤波成像模式下自动对焦, 没有得到满意的结果。因此, 我们使用 DM 软件进行聚焦和获取能量过滤图像。
总之, 我们提出的软件解决方案, 以帮助获得电子显微镜在一个公正的方式。
由奥地利科学基金资助, FWF, 项目编号 P 29370 B27