Anwendungen für Array-Tomografie

Das Gehirn ist ein komplexes Organ mit Millionen von neuronalen Verbindungen und Signalwegen. Um langfristig neue Behandlungsmöglichkeiten für Funktionsstörungen des Gehirns zu finden, müssen Forschende dieses vielschichtige Netzwerk besser verstehen und die Prozesse und Mechanismen im Gehirn genauer bestimmen. Dies erfordert ein besseres Verständnis der Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion des neuronalen Gewebes.

Das Hardware-/Softwaretool ZEISS Atlas 5 Array Tomography nimmt automatisch Serienschnitte im Substrat auf, bis hin zu einer Auflösung im Nanometerbereich. Dieser einzigartige, anwenderfreundliche Workflow wurde speziell für die automatisierte Bildgebung entwickelt. Damit ist es möglich, die umfangreichen Volumina, mit denen sich die zahllosen Verbindungen im Hirngewebe nachvollziehen lassen, in 3D zu visualisieren.

Dieses SEM-Bild zeigt einen Ultradünnschnitt eines Mäusehirns in großem Maßstab, eingebettet in ein Substrat. Das Bild wurde mit automatisierter Bildaufnahme und unter Verwendung von Atlas 5 Array Tomography aufgenommen.

Es lassen sich subzelluläre Details wie der Zellkern und die Mitochondrien identifizieren. Bei der Rekonstruktion in 3D ist es möglich, die Verbindungen zwischen den einzelnen Neuronen darzustellen.

Dieses Video zeigt die enormen Vorteile von Atlas 5 Array Tomography für die Optimierung Ihrer AT-Workflows. Im Verlauf des Videos sehen Sie, wie die hochaufgelösten Daten der einzelnen Schnitte aufgenommen und abschließend zu einem 3D-Datensatz zusammengeführt werden.

Für die Bildgebung eines Gehirns mit Array-Tomografie sind Hunderte und manchmal Tausende von Schnitten nötig, die lokalisiert und abgebildet werden müssen. Die manuelle Identifizierung der einzelnen Schnitte ist mühsam und zeitraubend. Atlas 5 identifiziert die einzelnen Schnitte rasch und automatisch. So kann sich die Bildgebung schnell und effizient anschließen. Alle hochaufgelösten Daten werden in der Software erfasst.

Über ihr Wurzelnetzwerk erhält eine Pflanze das Wasser und alle Nährstoffe, die für ihr Wachstum unverzichtbar sind. Sollen die Pflanzengesundheit und der Ertrag optimiert werden, gilt es, das gesamte Wurzelnetzwerk zu untersuchen und den Einfluss externer Mikroben nachzuvollziehen.

Für eine Untersuchung der Symbiose zwischen Pflanzen und Bakterien in Wurzelknöllchen müssen die Wurzelknöllchen- und Bakterienverteilungen bekannt sein. Diese lassen sich nur mit einer Kombination aus Fluoreszenz und hochaufgelöster Strukturbeurteilung detailliert ermitteln.

Die Bilder sind entweder 3D-Rekonstruktionen oder Einzelschnitte mit Fluoreszenzdaten aus Serienschnitten von Wurzelknöllchen und Darstellung der Plasmodesmenverteilung. Die Ebenen können mit den SEM-Daten überlagert werden, um den Zusammenhang von Bakterieninfektionen und Plasmodesmenverteilung zu untersuchen.

Die Probe wurde in Epon eingebettet und mit einem Ultramikrotom geschnitten. Die Serienschnitte wurden mithilfe eines Mikromanipulators auf ITO-beschichtete Deckgläser transferiert. Die Zellwände wurden mit Calcofluor White (blau) gefärbt, die Plasmodesmen wurden mit Alexa Fluor 647 auf Callose gefärbt. Die Probe wurde für die SEM-Bildgebung nachgefärbt.

Die Chorea Huntington ist eine unheilbare progressive neurodegenerative Erkrankung, die durch ein defektes Gen auf Chromosom 4 verursacht wird, das für das Huntingtin-Protein kodiert. Das defekte Gen führt zur Bildung von mutierten Huntingtin-Proteinen, die in der Funktion verändert sind und aggregieren, wodurch Plaques im Gehirn entsteht. Eine solche Schädigung im Gehirn führt zu Störungen der Bewegung, des Verhaltens, des Denkens und der Emotionen.
 

Die Korrelation der hochaufgelösten Ultrastruktur- und Fluoreszenzdaten ist unerlässlich, um die Biologie und die Progression der Chorea Huntington nachzuvollziehen.

Das nebenstehende Bild zeigt eine schematische Darstellung der Daten in 3D, die durch eine Kombination der LM- und SEM-Serienbilder der Makrophagen erstellt wurde. Die Serienbilder sind Ergebnis eines Versuchs unter Nutzung von ZEISS ZEN Correlative Array Tomography und zeigen Makrophagen, die das Huntingtin-Protein exprimieren.