Citoarhitectura cerebrală tridimensională a creierului dezvăluită prin tomografie cu contrast de fază
- Subiecte
- rezumat
- Introducere
- Rezultate
- Discuţie
- Metode
- pregătirea unei mostre
- Configurarea laboratorului
- Prelucrarea datelor (configurarea laboratorului)
- Configurare ID19 (ESRF)
- Prelucrarea datelor (ID19)
- Informatie suplimentara
- Fișiere PDF
- Informatie suplimentara
- Videoclipuri
- Video suplimentar 1
- Video suplimentar 2
- Comentarii
Subiecte
rezumat
Introducere
Aici, prezentăm tomografia cu contrast de fază bazată pe propagare într-o combinație optimizată a unei surse de laborator cu jet de metal lichid 20, instrumentare, pregătirea probei și algoritmul de reconstrucție, pentru a imagina volume mari de țesut cerebral de șoarece. Putem arăta că contrastul ridicat poate fi atins în cadrul volumului reconstruit fără marcare și că într-o regiune de interes (ROI) se pot vizualiza neuroni individuali. Acest lucru oferă acces la citoarhitectura 3D intactă a creierului.
În noua noastră tehnică de preparare a probelor, plasăm țesutul în xilen după deshidratare în etanol, similar cu protocoalele convenționale pentru încorporarea în parafină. Ca o etapă crucială și nouă, omitem orice proceduri suplimentare de includere sau contrast și măsurăm proba după evaporarea solventului organic. Spre deosebire de colorarea cu elemente cu conținut ridicat de Z, această tehnică, pe care o numim preparat EOS (evaporarea solventului organic), reduce substanțial absorbția datorită îndepărtării apei și lipidelor, generând în același timp un nou contrast între matricea proteică. Țesut și aerul înconjurător.
Reconstrucția începe cu recuperarea de fază a imaginilor de proiecție înregistrate pentru fiecare unghi θ al unei scanări tomografice. Pentru obiectele cu absorbție care variază lent la distanțe mici de propagare z în spatele obiectului, distribuția intensității poate fi exprimată printr-o formă aproximativă a ecuației de transport a intensității 21
unde I 0, θ ( r ⊥) și ϕ θ ( r ⊥) denotă intensitatea și distribuția fazei direct în spatele obiectului și
unde a fost înlocuit cu parametrul de regularizare dependent de α γ. Am constatat că această abordare de reconstrucție, propusă de Witte și colab. și cunoscut sub numele de Bronnikov Assisted Correction (BAC) 22, oferă rezultate superioare pentru țesuturile curente nestatate și configurația CT microfocus utilizată 23. Prin urmare, este utilizat ca algoritm implicit în lucrarea de față (Fig. 1d, e). După aplicarea algoritmului de recuperare a fazelor în fiecare proiecție a scanării tomografice, reconstrucția 3D se realizează cu o proiecție posterioară filtrată (fascicul de con) 24. Rețineți că contrastul obiectului reconstituit ar trebui considerat ca o cantitate eficientă, în primul rând, deoarece atât absorbția, cât și interacțiunea de fază contribuie la valorile sale și, în al doilea rând, deoarece, din motive de flux, CT-ul laboratorului folosește în general radiații în bandă largă, spre deosebire de sincrotronul CT.
Imagine la dimensiune completă
Demonstrăm capacitățile setului de laborator prin imagistica diferitelor regiuni de interes într-un creier de șoarece sălbatic.
Rezultate
Combinație a fasciculului conic și a modurilor de imagistică cu geometrie inversă (la) Reprezentarea volumului emisferei drepte a creierului unui șoarece, înregistrată în geometria fasciculului conic. Planurile gri indică poziția tăieturilor prezentate în ( , c ). (b, c) Secțiunea coronară/orizontală prin volumul reconstruit. (d) Secțiunea coronală reconstituită a regiunii hipocampice la rezoluție celulară, înregistrată în geometrie inversă. Poziția măsurării de înaltă rezoluție în raport cu volumul total al eșantionului este indicată în ( ). Înainte de reconstrucția tomografică, punctele de vedere individuale au fost resamplate cu un factor de 2. (și) Proiecție de intensitate maximă a 31 de felii succesive, imitând o secțiune histologică de 30 μm grosime. (F) Secțiune orizontală reconstituită a regiunii corticale. (g) Proiecție de intensitate maximă de 31 de tăieturi. Caracteristici corticale proeminente, cum ar fi câmpul butoiului, sunt clar vizibile. Barele la scară: ( , c ) 500 μm, ( d - g ) 200 μm.
Imagine la dimensiune completă
Volumul descendent la nivelul celular al unui vermis cerebelos de șoarece (la) Secțiune transversală prin volumul reconstituit, arătând stratul molecular (ML), stratul granular (GL), substanța albă (WM) și stratul celular Purkinje (PCL) al vermisului cerebelos în rezoluția celulară. Înainte de reconstrucția tomografică, punctele de vedere individuale au fost resamplate cu un factor de 2. (b) O secțiune longitudinală prin volum arată suficient contrast pentru a identifica fasciculele de axoni din substanța albă. (c) Reprezentarea automată a volumului eșantionului cu o felie în volum, indicând poziția segmentării celulei prezentată în ( d ). (d) Segmentarea celulară a unei mici părți a eșantionului. Barele de scară: 200 μm.